Hot rolling and annealing effects on the microstructure and mechanical properties of ODS austenitic steel fabricated by electron beam selective melting

Abstract

The grain morphology, nano-oxide particles and mechanical properties of oxide dispersion strengthened (ODS)-316L austenitic steel synthesized by electron beam selective melting (EBSM) technique with different post-working processes, were explored in this study. The ODS-316L austenitic steel with superfine nano-sized oxide particles of 30–40 nm exhibits good tensile strength (412 MPa) and large total elongation (about 51%) due to the pinning effect of uniform distributed oxide particles on dislocations. After hot rolling, the specimen exhibits a higher tensile strength of 482 MPa, but the elongation decreases to 31.8% owing to the introduction of high-density dislocations. The subsequent heat treatment eliminates the grain defects induced by hot rolling and increases the randomly orientated grains, which further improves the strength and ductility of EBSM ODS-316L steel.

Keywords

electron beam selective melting / ODS-316L steel powder / hot rolling / microstructure / tensile strength

References

[1] Ishino S. History, progress, achievements and future prospect of research activities on fusion materials by Japanese university researchers. Journal of Nuclear Materials, 1996, 233–237: 1535–1540

[2] Robertson C, Panigrahi B K, Balaji S, . Particle stability in model ODS steel irradiated up to 100 dpa at 600°C: TEM and nano-indentation investigation. Journal of Nuclear Materials, 2012, 426(1–3): 240–246

[3] Kim I S, Hunn J D, Hashimoto N, . Defect and void evolution in oxide dispersion strengthened ferritic steels under 3.2 MeV Fe⁺ ion irradiation with simultaneous helium injection. Journal of Nuclear Materials, 2000, 280(3): 264–274

[4] Dai L, Liu Y C, Dong Z Z. Size and structure evolution of yttria in ODS ferritic alloy powder during mechanical milling and subsequent annealing. Powder Technology, 2012, 217: 281–287

[5] Alinger M J, Odette G R, Hoelzer D T. On the role of alloy composition and processing parameters in nanocluster formation and dispersion strengthening in nanostructured ferritic alloys. Acta Materialia, 2009, 57(2): 392–406

[6] Rahmanifard R, Farhangi H, Novinrooz A J. Optimization of mechanical alloying parameters in 12YWT ferritic steel nanocomposite. Materials Science and Engineering A, 2010, 527(26): 6853–6857

[7] Yao W, Niu X, Zhou L, . Competition growth of α and β phases in Ti-50 at.%Al peritectic alloy during the rapid solidification by laser melting technique. Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 2013, 26(5): 523–532

[8] Murr L E, Gaytan S M, Ceylan A, . Characterization of titanium aluminide alloy components fabricated by additive manufacturing using electron beam melting. Acta Materialia, 2010, 58(5): 1887–1894

[9] Hrabe N, Quinn T. Effects of processing on microstructure and mechanical properties of a titanium alloy (Ti–6Al–4V) fabricated using electron beam melting (EBM). Materials Science and Engineering A, 2013, 573: 271–277

[10] Murr L E, Gaytan S M, Medina F, . Characterization of Ti–6Al–4V open cellular foams fabricated by additive manufacturing using electron beam melting. Materials Science and Engineering A, 2010, 527(7–8): 1861–1868

[11] Saresh N, Pillai M G, Mathew J. Investigations into the effects of electron beam welding on thick Ti–6Al–4V titanium alloy. Journal of Materials Processing Technology, 2007, 192–193: 83–88

[12] Luo Y Y, Xi Z P, Zeng W D, . Characteristics of high-temperature deformation behavior of Ti–45Al–2Cr–3Ta–0.5W alloy mater. Journal of Materials Engineering and Performance, 2014, 23(10): 3577–3585

[13] Lin X, Yue T M. Phase formation and microstructure evolution in laser rapid forming of graded SS316L/Rene88DT alloy. Materials Science and Engineering A, 2005, 402(1–2): 294–306

[14] Milberg J, Sigl M. Electron beam sintering of metal powder. Production Engineering, 2008, 2(2): 117–122

[15] Boegelein T, Dryepondt S N, Pandey A, . Mechanical response and deformation mechanisms of ferritic oxide dispersion strengthened steel structures produced by selective laser melting. Acta Materialia, 2015, 87: 201–215

Acknowledgements

This work was subsidized by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11175203 and 11375230).

RIGHTS & PERMISSIONS

2014 Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg