Effects of titanium content on the large precipitates in 443 ultra-pure ferritic stainless steel

ABSTRACT

The effects of titanium contents on the precipitates of 443 ultra-pure ferritic stainless steel during solidification were determined experimentally and compared with a thermodynamic simulation software, that is, Thermo-Calc. Ultra-pure ferritic stainless steel was cast in a vacuum. The experimental results demonstrated that two types of precipitates during solidification exist in the as-cast ingot according to the compositional characteristics, that is, Al₂O₃–TiN–NbC and TiN–NbC. The number density of TiN–NbC is larger than the Al₂O₃–TiN–NbC with the Al₂O₃ core. The number density of the precipitates increases with the Ti content increasing. These precipitates are generated during solidification. The precipitating process could be well predicted through Thermo-Calc software. The Al₂O₃ forms first in the liquid steel before solidification, TiN appears later in the solidification process, NbC lastly below 1000°C. The titanium content variation from 0.10% to 0.29% has no apparent effect on the liquidus and precipitation temperatures of TiN, but it distinctly reduces the solidus temperature from 1422°C to 1378°C. The higher Ti content in 443 steel leads to TiN precipitates and Al₂O₃–TiN particles amount increase during solidification. The disregistry theory and thermodynamic calculation indicate that the Al₂O₃ could act as the nucleus of TiN and the TiN could act as the nucleus of NbC.

On a analysé les effets de diverses teneurs en titane sur la phase précipitée de l’acier inoxydable ferritique ultra-pur par expérimentation de coulée dans un four à induction sous vide, ainsi que par des calculs de logiciel thermodynamique. Les résultats expérimentaux ont démontré que deux phases précipitées existent dans le lingot brut d’après les caractéristiques de composition, c’est-à-dire Al₂O₃-TiN-NbC et TiN-NbC. La densité numérique de TiN-NbC est plus élevée que celle d’Al₂O₃-TiN-NbC avec le noyau Al₂O₃. La densité numérique des phases précipitées augmente avec l’augmentation de la teneur en Ti. Ces précipités sont créés pendant la solidification. On pourrait bien spéculer sur le processus de précipitation grâce au logiciel Thermo-Calc. L’Al₂O₃ se forme en premier, le TiN apparaît ensuite, le NbC en dernier. La variation de la teneur en titane n’a pas d’effet apparent sur les températures de liquidus et de précipitation du TiN, mais elle réduit distinctivement la température de solidus. La teneur plus élevée en Ti de l’acier 443 conduit à des précipités de TiN et la quantité de particules d’Al₂O₃-TiN augmente pendant la solidification. La théorie de discontinuité de déplacement et le calcul thermodynamique indiquent que l’Al₂O₃ pourrait agir comme noyau du TiN et que le TiN pourrait agir comme noyau du NbC.

KEYWORDS:

• 443 ultra-pure ferritic stainless steel
• titanium content
• precipitates
• disregistry theory

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Additional information

Funding

This work was supported by National Natural Science Foundation of China [Grant Numbers 51374020 and 51874034].