Influence of the microstructure on the corrosion resistance of plasma-nitrided austenitic stainless steel 304L and 316L

摘要

Austenitischer, nichtrostender Cr-Ni-Stahl und Cr-Ni-Mo-Stahl wird vorwiegend auf Grund seiner guten Korrosionsbeständigkeit z. B. in der Medizin- und Lebensmittelindustrie eingesetzt. Andererseits sind austenitische Stähle aufgrund ihrer niedrigen Härte sehr verschleißanfällig. Mittels Plasmanitrieren kann die Verschleißbeständigkeit durch Bildung einer dünnen, aber sehr harten Diffusionszone, der sogenannten S-Phase, erhöht werden. In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss des Plasmanitrierverhaltes unter verschiedenen Werkstoff- und Oberflächenmodifikationen der austenitischen Stähle 1.4307 und 1.4404 auf die daraus resultierenden Korrosionseigenschaften getestet. Bleche in lösungsgeglühtem Zustand und mit 38% Umformgrad wurden mit un-terschiedlichen Oberflächenmodifikationen behandelt. Die Proben wurden anschließend in einer Stickstoff-Wasserstoff-Atmosphäre bei 420 ℃ für 360 min plasmanitriert. Röntgenographische Untersuchungen bestätigen das Vorliegen von der gebildeten S-Phase an der Probenoberfläche, darunter Austenit und kubisch raumzentriertes (krz)-Eisen. Vergleichende Untersuchungen aller Proben wurden mittels optischer Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Glimmentladungsspektroskopie, Röntgendiffraktometrie, Oberflächenrauheit und Härtemessungen durchgeführt. Dabei wurde ein Zusammenhang zwischen Mikrogefüge und Plasmanitrierverhalten aufgezeigt. Die Korrosionsbeständigkeit wurde mittels poten-ziodynamischen Polarisationstests in 0,05 M und 0,5 M Schwefelsäure und mittels Salzsprühnebeltests untersucht.%Austenitic stainless steels are widely used in medical and food industries because of their excellent corrosion resistance. However, they suffer from weak wear resistance due to their low hardness. To improve this, plasma nitriding processes have been successfully applied to austenitic stainless steels, thereby forming a thin and very hard diffusion layer, the so-called S-phase. In the present study, the austenitic stainless steels AISI 304L and AISI 316L with different microstructures and surface modifications were used to examine the influence of the steel microstructure on the plasma nitriding behavior and corrosion properties. In a first step, solution annealed steel plates were cold-rolled with 38% deformation degree. Then, the samples were prepared with three kinds of mechanical surface treatments. The specimens were plasma nitrided for 360 min in a H_2-N_2 atmosphere at 420 ℃. X-ray diffraction measurements confirmed the presence of the S-phase at the sample surface, austenite and body centered cubic (bcc)-iron. The specimens were comprehensively characterized by means of optical microscopy, scanning electron microscopy, glow discharge optical emission spectroscopy, X-ray diffraction, surface roughness and nano-indentation measurements to provide the formulation of dependencies between microstructure and nitriding behavior. The corrosion behavior was examined by potentio-dynamic polarization measurements in 0.05 M and 0.5 M sulfuric acid and by salt spray testing.