Effects of segregation on brittle fracture and fatigue crack growth in coarse-grained, martensitic A533B pressure vessel steel

• Published in: Acta metallurgica 1984-05, Vol.32 (5), p.637-647
• Main Authors: Bowen, P., Hippsley, C.A., Knott, J.F.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Applied sciences; Condensed matter: structure, mechanical and thermal properties; Cross-disciplinary physics: materials science; rheology; Engineering techniques in metallurgy. Applications. Other aspects; Exact sciences and technology; Fatigue; Fractures; Materials science; Mechanical and acoustical properties of condensed matter; Mechanical properties and methods of testing. Rheology. Fracture mechanics. Tribology; Metals, semimetals and alloys; Metals. Metallurgy; Others aspects; Physics; Specific materials
• ISSN: 0001-6160
• DOI: 10.1016/0001-6160(84)90137-8

The susceptibility of coarse-grained A533B to “one-step-temper-embrittlement”, when tempered at 290°C, has been assessed using fracture toughness testing at −120°C. Auger spectroscopy and fractography. Phosphorus is the main embrittling element. The majority of the phosphorus segregation is found to occur in the austenite region, although support is also given to the mechanism of “carbide rejection” during tempering. The fracture toughness is reduced by tempering at 290°C, with or without an increase in the number of intergranular facets seen on the fracture surface. Fatigue crack growth at room temperature, and at 290°C has also been investigated. The crack growth rates are not affected by the occurrence of intergranular facets in the fatigue regions, even when they are the dominant mechanism of fatigue crack growth. The presence of intergranular facets in the fatigue regions does not result from phosphorus segregation. A possible explanation of the observed effects involves the dynamic segregation of sulphur to the growing fatigue crack tip. Nous avons étudié la susceptibilité d'un acier A533B à gros grains, à la “fragilisation pendant un simple revenu” au cours d'un revenu à 290°C en utilisant la résistance à la rupture à −120°C, la spectroscopie Auger et la fractographie. Le phosphore est le principal élément fragilisant. La principale ségrégation de phosphore se produit dans la région austénintique, bien que nous donnions également des arguments en faveur d'un mécanisme de “rejet de carbure” au cours du revenu. La résistance à la rupture est réduite par le revenu à 290°C, avec ou sans augmentation du nombre de facettes intergranulaires observées sur la surface de rupture. Nous avons également étudié la croissance des fissures de fatigue à la température ambiante et à 290°C. Les vitesses de croissance des fissures ne sont pas modifiées par l'apparition de facettes intergranulaires dans les régions de fatigue, même si elles constituent le mécanisme dominant de croissance des fissures de fatigue. La présence de facettes intergranulaires dans les régions de fatigue ne provient pas de la ségrégation de phosphore. Une explication possible des effets observés met en jeu une ségrégation dynamique du soufre sur l'extrémité de la fissure de fatigue en cours de croissance. Die Neigung von groβkörnigem A533B, während einer einzigen Temperbehandlung bei 290°C zu verspröden, wurde mit Bruchzähigkeitsuntersuchungen bei −120°C, mit Augerelektronen-Spektroskopie und m