Bainite Formation in Carbon and Nitrogen enriched Low Alloyed Steels: Kinetics and Microstructures* Translated title: Bainitbildung in kohlenstoff- und stickstoffangereicherten niedriglegierten Stählen: Kinetik und Mikrostrukturen

Abstract

The effect on the bainite formation of carburizing (0.6 wt. C), nitriding (0.12 wt. C-0.25 wt. N) and carbonitriding (0.7 wt. C-0.25 wt. N) of a 23MnCrMo5 low-alloyed steel in the austenitic field was examined by in situ high-energy synchrotron X-ray diffraction (HEXRD) and transmission electron microscopy. The enrichment in nitrogen induces strong acceleration of the bainite transformation kinetics in carbonitrided steel compared to carburized steel, despite the γ-stabilizing character of nitrogen. This is attributed to the nucleation of ferrite on CrN nitrides, which precipitated during the enrichment, either at γ grain boundaries or intragranularly. AlN, VN and MnSiN ₂ nitrides were observed as well, with much smaller number density. They formed frequently aggregates with the CrN nitrides. The bainite microstructure is much finer than in initial or carburized steel. It shares some common features with intragranularly nucleated bainite, i. e. acicular ferrite. From HEXRD, the chronology of the phase formation (ferrite and precipitates) during bainite formation as well as cell parameter evolutions are analyzed.

Kurzfassung

Die Auswirkungen auf die Bainitbildung beim Aufkohlen (0,6 Gew.- C), Nitrieren (0,12 Gew.- C-0,25 Gew.- C) und Carbonitrieren (0,7 Gew.- C-0,25 Gew.- C) eines niedriglegierten 23MnCrMo5-Stahls im austenitischen Bereich wurden in situ mittels hochenergetischer Synchrotron-Röntgenbeugung (HEXRD) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) untersucht. Die Anreicherung mit Stickstoff bewirkt trotz des γ-stabilisierenden Charakters von Stickstoff eine starke Beschleunigung der Bainitumwandlungskinetik in carbonitriertem Stahl im Vergleich zu aufgekohltem Stahl. Dies ist auf die Keimbildung von Ferrit an CrN-Nitriden zurückzuführen, die sich bei der Anreicherung entweder an γ-Korngrenzen oder intragranular absetzten. AlN-, VN- und MnSiN ₂-Nitride wurden ebenfalls, jedoch mit deutlich geringerer zahlenmäßiger Dichte beobachtet. Sie bildeten häufig Aggregate mit den CrN-Nitriden. Das bainitische Gefüge ist wesentlich feiner als beim Ausgangs- oder aufgekohlten Stahl. Es weist einige Gemeinsamkeiten mit intragranular gekeimtem Bainit, d. h. mit nadelförmigem Ferrit, auf. Mittels HEXRD wird nun die Chronologie der Phasenbildung (Ferrit und Ausscheidungen) während der Bainitbildung sowie die Entwicklung der Zellparameter analysiert.