DUPLEX STEELS: STRUCTURE, EXPERIMENTS, MACROPHENOMENOLOGICAL CONSTITUTIVE MODELS (REVIEW)

Abstract


Duplex stainless steels are widely used in many branches of modern industry due to the combination of unique mechanical properties and corrosion resistance, but the complex phase composition and microstructure evolving under external thermomechanical effects (including during operation) can lead to significant changes in the properties of steel. A brief overview of studies for duplex steels mechanical behavior under various loading conditions (cyclic loading, fatigue testing, corrosion resistance analysis, hot and cold forming processes) is given. The methods and results of experimental studies, as well as macrophenomenological constitutive relations (constitutive models) proposed in the literature based on these studies, allowing one to describe the behavior of the considered class of materials under thermomechanical effects, are considered. Based on the data presented in the review, one can conclude that the behavior of the materials under consideration is very complex, and there is a variety of physical mechanisms implementing and accompanying deformation processes under various temperature and rate loading conditions. It is also necessary to note the significant influence on the response of the material of the complex phase and component composition, characteristic of the class of steels under consideration. The above circumstances probably determine the absence of universal physical equations, a significant number of various phenomenological constitutive relations and their modifications, oriented on the description of the specific grades of steels behavior. In this regard, the most promising for description the behavior of duplex steels seems to be using the physically oriented multilevel constitutive models. The data presented in this review can be used to determine the most important physical mechanisms of deformation, as well as identifying and verifying the parameters of this class of models.


Full Text

В связи с возрастающими требованиями к рабочим характеристикам изделий из металлов и сплавов интенсивно расширяется класс многофазных и многокомпонентных материалов, обладающих уникальными физико-механическими свойствами. Усложнение состава сплавов обусловливает их более сложную мезо- и микроструктуру и их эволюцию в процессах термомеханической обработки. Особое внимание конструкторов и технологов в последние десятилетия привлекают двухфазные сплавы на основе железа – дуплексные стали, которые являются основным объектом рассмотрения настоящей работы; области применения, экспериментальные методы и результаты, макрофеноменологические определяющие соотношения для описания поведения этих сталей приведены в кратком обзоре Трусов и др., 2025. Поскольку методология исследования поведения многофазных материалов обладает значительной универсальностью, будут затронуты работы, относящиеся и к другим двухфазным сплавам. Мощным и в значительной степени универсальным инструментом для исследования неупругого деформирования анизотропных гетерогенных кристаллических материалов являются конститутивные модели, основанные на явном описании физических механизмов деформирования. Такие модели обычно называют физическими теориями пластичности или микромеханическими моделями. Для численного анализа практических инженерных задач, возникающих в металлургии, они часто применятся совместно с методом конечных элементов. В этой связи можно упомянуть обширный обзор таких моделей, представленный в статье [Roters et al., 2010]. В цитируемой работе обсуждаются конститутивные модели, кинематика, схемы осреднения и многомасштабные подходы, лежащие в основе этих моделей, применение их для описания деформирования, рекристаллизации и фазовых переходов в многофазных дуплексных и TRIP-сталях, прогнозирования поврежденности, формирования текстур при термомеханической обработке. Разработка новых и совершенствование существующих технологий переработки материалов в современных условиях немыслима без создания математических моделей («цифровых двойников») проектируемых технологий обработки. Центральное место в моделях технологических процессов занимают определяющие соотношения (или конститутивные модели (КМ)), служащие для установления отклика (напряжений или скоростей изменения напряжений) конкретных материалов на термомеханические воздействия (изменения конфигурации исследуемых тел, температуры и возможных других воздействий, например, радиации, электромагнитных полей). В качестве определяющих соотношений (ОС) в значительной части работ, посвященных моделированию технологических процессов обработки металлов и сплавов методами пластического деформирования, используются уравнения классической теории пластичности Ильюшин, 1963; Качанов, 1969; Малинин, 1975; Ишлинский, Ивлев, 2003; Трусов, Швейкин, 2011а; и др.. ОС данного класса основаны на результатах экспериментов, проводимых на макрообразцах конкретных материалов, не учитывают структуру сплавов, в силу чего не обладают универсальностью. В настоящее время общепризнанным является факт решающего влияния на физико-механические характеристики моно- и поликристаллических материалов их мезо- и микроструктуры. В связи с этим в последние десятилетия интенсивно развиваются многоуровневые физически-ориентированные КМ Horstemeyer, 2009; McDowell, 2010; Трусов, Швейкин, 2019, в которых структура материалов на различных уровнях описывается явным образом. Одним из классификационных признаков КМ данного класса является число структурно-масштабных уровней, на которых ведется рассмотрение. Наибольшее распространение получили двухуровневые (макро- и мезоуровень) модели; элементом макроуровня является представительный макрообъем поликристалла (сотни и тысячи зерен), мезоуровня – кристаллит (зерно, субзерно, фрагмент). В последние 10-15 лет появились трехуровневые модели, в которых на микроуровне рассматривается эволюция плотностей дислокаций на системах скольжения (СС); с краткой справкой о таких моделей можно ознакомиться в Грибов, Трусов, 2022; Trusov, Gribov, 2022. Отдельную группу моделей для описания поведения металлов и сплавов при термомеханических воздействиях составляют модели, основанные на дислокационной и атомарной динамике. По способу связи переменных различных структурно-масштабных уровней модели данного класса можно разделить на три группы: статистические, самосогласованные и прямые Трусов, Швейкин, 2011б, в. В каждой из этих групп для определения скоростей (или приращений) неупругих деформаций используются жесткопластические, вязкоупругие, упругопластические (УП) или упруговязкопластические (УВП) соотношения. В качестве ОС для определения связей напряжений (или их скоростей изменения) с упругими составляющими тензоров деформации или скоростей деформаций применяются гипер- или гипоупругие соотношения Трусов, Швейкин, 2019. В работе [Mollens, 2022] приведены результаты применения многоуровневого подхода к моделированию поведения литой дуплексной нержавеющей стали и обзор работ по данной тематике. Одним из ключевых вопросов применения самосогласованных микромеханических моделей для описания поведения при нагрузках многофазных поликристаллических материалов является проблема гомогенизации – процедура осреднения методом среднего поля для прогнозирования эффективных свойств по известным полям структурных элементов. Этому вопросу посвящены, например, работы [Friebel, 2006; Ryu et al., 2019]. В статье [Friebel, 2006] предложены несколько схем осреднения, основанные на модификациях модели Эшелби, которые позволяют получать эффективные свойства линейных вязкоупругих композиционных материалов, представляющих собой матрицы, армированные несколькими фазами включений с покрытием. В статье [Ryu et al., 2019] приводится обзор применения процедур гомогенизации к различным физическим явлениям, включая упругость, тепло- и электропроводность, электрическую и магнитную поляризацию, мультифизическим явлениям; предлагаются модификации подходов, учитывающие анизотропию свойств матрицы и дефекты на межфазных границах. Однако оба подхода к микро механическому моделированию имеют недостатки: прямые модели для достаточно точного описания состояния поликристалла требуют построения мелкой сетки с большим числом степеней свободы, это ограничивает сложность и размер исследуемых структур; самосогласованный метод, в котором идеальные кристаллы рассматриваются как деформирующиеся, будучи погруженными в однородную среду с осредненными свойствами, требует подходов для нескольких включений, вместо классического метода Эшелби с одним включением, что также увеличивает ресурсоемкость численных решений. Поэтому был предложен новый метод, основанный на алгоритмах быстрого преобразования Фурье (БПФ). Теоретические основы этого подхода были предложены в работах Moulinec H., Suquet P., Michel J.C. (для описания упругого [Moulinec, Suquet, 1994], упругопластического [Moulinec, Suquet, 1998], вязкопластического [Michel, Moulinec, Suquet, 2000] поведения композитов, состоящих из двух изотропных фаз с различными свойствами). В работе [Lebensohn, 2001] представлена модификация модели БПФ для прогнозирования эволюции морфологии и текстуры в ГЦК поликристаллах при вязкопластическом деформировании, обсуждаются численные характеристики метода и условия его сходимости. В статье [Liu et al., 2010] приводится сравнение результатов расчетов эволюции текстур, корреляции между поворотами зерен и градиентами деформации при применении алгоритма быстрого преобразования Фурье и прямой микромеханической модели. Таким образом, учитывая сложное строение многофазных и многокомпонентных сплавов и широкий спектр физических механизмов, реализующих и сопровождающих процессы их термомеханической обработки, для описания последних наиболее перспективными представляется применение именно многоуровневых физически-ориентированных КМ, обзору которых и посвящена настоящая работа. Построение обзора связано с основным классификационным признаком – способом связи переменных различных уровней.

About the authors

P. V Trusov

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation

Author for correspondence.
Email: tpv@pstu.ru

N. V Kotelnikova

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation

Email: kotelnickova@gmail.com

E. S Makarevich

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation

Email: esmakarevich@pstu.ru

N. D Nyashina

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation

Email: nnyashina73@gmail.com

References

  1. Бондарь В.С. Неупругость. Варианты теории. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. – 144 стр
  2. Вороненко Б. И. Современные коррозионно-стойкие аустенитно-ферритные стали (обзор) // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1997. – № 10. – С. 20–29
  3. Житенев А.И. и др. Литая структура и свойства дуплексных нержавеющих сталей / А.И.Житенев, А.С.Федоров, П.В.Ковалев, Д.А.Стрекаловская, А.А.Альхименко // Известия вузов. Черная металлургия. – 2022. – Т. 65. – № 5. – С. 323–332. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-5-323-33
  4. Ильюшин А.А. Пластичность. Основы общей математической теории. – М.: АН СССР, 1963. – 272 стр
  5. Ишлинский А.Ю., Ивлев Д.Д. Математическая теория пластичности. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. – 704 с
  6. Казаков А.А. и др. Прогнозирование перспективных составов дуплексных коррозионностойких сталей / А.А.Казаков, А.И.Житенев, А.С.Федоров, О.В.Фомина // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 2020. – Том 63. – № 3-4. – С. 254–260. doi: 10.17073/0368-0797-2020-3-4-254-26
  7. Качанов Л.М. Основы теории пластичности. – М.: Наука, 1969. – 420 стр
  8. Колмогоров А.Н. К статистической теории кристаллизации металлов // Изв. АН СССР. Сер. матем. – 1937. – Т.1, №3. – С. 355–359
  9. Курынцев С.В. Анализ влияния вида сварки на фазовый состав и внутренние напряжения сварных соединений аустенитных и дуплексных сталей // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2020. – № 3. – С.3–11. doi: 10.30987/2223-4608-2020-3-3-1
  10. Петров А.И., Разуваева М.В. Влияние водорода на коррозионную стойкость дуплексной нержавеющей стали // Журнал технической физики. – 2023. – Т. 93. – № 11. – С. 1589–1595. doi: 10.21883/JTF.2023.11.56490.184-2
  11. Прохоров А.П., Мальцев И.М. Исследование структуры и свойств super duplex стали 25Cr при различном содержании никеля // Сталь. – 2023. – № 3. – С. 39–43
  12. Abedul D. et al. Effect of the loading-rate and stress state on the constitutive modelling and fracture of 2205 Duplex stainless steel / D.Abedul, L.Galdos, E.Sáenz de Argandoña, F.Galvez, B.Erice // Int. J. Impact Engineering. – 2024. – Vol.191. – 104991 (17 p.). https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng. 2024.10499
  13. Acuna A., Ramirez A., Riffel K.C. Using kinetics to avoid sigma phase formation on hyper duplex stainless weld cladding // Science and Technology of Welding and Joining. – 2023 – Vol.28, Is.9 – P. 885-893. https://doi.org/10.1080/13621718.2023.2246719
  14. Al-Abbasi F.M. Micromechanical modeling of ferrite-pearlite steels // Materials Science and Engineering – 2010 – Vol.A 527 – P. 6904–6916. https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.07.045
  15. Andersson J.O. et. al. Thermo-calc and DICTRA / Andersson J.O., Helander T., Höglund L., Shi P.F., Sundman B., Computational tools for materials science. // Calphad. – 2002. – Vol.26. – No.2. – P. 273–312. http://doi.org/10.1016/S0364-5916(02)00037-
  16. Arafat E. et al. Fatigue crack growth behavior of friction stir processed super duplex stainless steels (SAF-2507) / E. Arafat, N. Merah, F.A. Al-Badour, I.T. Bello, J. Albinmousa // Materials Today Communications. — 2021. — Vol.26. — P. 101937. — doi: 10.1016/j.mtcomm.2020.10193
  17. Avrami M. Kinetics of phase change. I. General theory // J. Chemical Physics. – 1939. – Vol.7, No.12. – P.1103–1112. https://doi.org/10.1063/1.175038
  18. Bachiri A. et al. Influence of thermomechanical treatment on the structure, hardness and corrosion behavior of super duplex stainless steel / A. Bachiri, R. Badji, M.Z. Touhami, A. Gharbi, O. Ghelloudj, S. Remili // Materials Today: Proceedings. – 2023. – Vol. 3. – p. 418. doi: 10.1016/j.matpr.2023.03.418
  19. Bale C.W. et. al. FactSage Thermochemical Software and Databases / C.W. Bale, P. Chartrand, S.A. Degterov, G. Eriksson, K. Hack, R. Ben Mahfoud, J. Melanqon, A.D. Pelton, S. Petersen // Calphad. – 2002 – Vol.26. – No.2 –P. 189-228. https://doi.org/10.1016/S0364-5916(02)00035-
  20. Bill O., Siyasiya C., Moema J. Using the physically based constitutive model and processing maps to understand the hot deformation behavior of 2304 lean duplex stainless steel // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2022, – Vol.53A. – P.1267–1275. https://doi.org/10.1007/s11661-021-06587-
  21. Biserova-Tahchieva A. et al. Effect of the nanostructuring by high-pressure torsion process on the secondary phase precipitation in UNS S32750 Superduplex stainless steel / A. Biserova-Tahchieva, D. Chatterjee, A.T.J. van Helvoort, N. Llorca-Isern, J.M. Cabrera // Materials Characterization. 2022. Vol.183. Art. 111639. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2021.11163
  22. Caginalp G. et al. Phase-field and sharp-interface alloy model / Caginalp G., Xie W. // Physical Review E – 1993. – Vol. 48. – No.3. – P. 1897-1909. https://doi.org/https://doi.org/10.1103/PhysRevE.48.189
  23. Chaboche J.L. Time-independent constitutive theories for cyclic plasticity // Int. J. Plasticity. – 1986. – Vol.2, Is.2. – P.149–188. https://doi.org/10.1016/0749-6419(86)90010-
  24. Chaboche J.L. On some modifications of kinematic hardening to improve the description of ratchetting effects // Int. J. Plasticity. – 1991. – Vol.7, Is.7. – P. 661–678, https://doi.org/10.1016/0749-6419(91)90050-
  25. Chen M. et al. Effects of deep cold rolling on the evolution of microstructure, microtexture, and mechanical properties of 2507 duplex stainless steel / M. Chen, J. He, M. Wang, J. Li, S. Xing, K. Gui, G. Wang, Q. Liu // Mater. Sci. Eng. – 2022. – Vol.845. – 143224. https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.14322
  26. Chen T. et al. Research on mechanical properties of duplex stainless steel S22053 at elevated temperature and after fire / T. Chen, S. Fan, Q. Xu, K. Xu, J. Luo, Y. Tang // Thin-Walled Structures. – 2024. – Vol.197. – 111620 (17 p.). https://doi.org/10.1016/j.tws.2024.11162
  27. Chen L., Yang L., Ning K. A new two-stage constitutive model for characterizing stainless steel stress-strain curves / Chen L // J. Constructional Steel Research. – 2025. – Vol.228. – 109428 (13 p.). https://doi.org/10.1016/ j.jcsr.2025.10942
  28. Cho K., Gurland J. The law of mixtures applied to the plastic deformation of two-phase alloys of coarse microstructures // Metallurgical Transactions A. – 1988. – Vol. 19A. – P.2027-2040. https://doi.org/10.1007/BF0264520
  29. Contini L.Jr., Balancin O. Modeling and analysis of the plastic flow curves of a duplex stainless steel using artificial intelligence // Materials Research. – 2022. – Vol.25. – e20220075 (11 p.). https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2022-007
  30. Cowper G.R., Symonds P.S. Strain hardening and strain rate effects in the impact loading of cantilever beams. – Tech. Rep. No.28. Brown Univ., Div. Appl.Math. – 1957. – 46 p
  31. Degallaix S. et al. Fatigue damage in austenitic-ferritic duplex stainless steels / S. Degallaix, A. Sedwuki, G. Degallaix, T. Kruml, J. Polak //Fatigue Fract. Engng Mater. Struct. – 1995. – Vol.18. – No.1. – P. 65-77. http://dx.doi.org/10.1111/j.1460-2695.1995.tb00142.
  32. De Souza V.B. et al. Strain rate sensitivity analysis of duplex and superduplex steels in tensile tests / V.B. De Souza, R.L. Juniora, P.F.S. Filho, H.S. da Costa Mattos // Materials Research. – 2020. – Vol.23. – e20190482 (8 p.). https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2019-048
  33. Estrin Y., Mecking H. A unified phenomenological description of work hardening and creep based on one-parameter models // Acta melall. – 1984. – Vol. 32, Is. 1. – P.57-70. https://doi.org/10.1016/0001-6160(84)90202-
  34. Fan S. et al. Simplified constitutive model of austenitic stainless steel at high temperatures / S. Fan, X. Zheng, J. Zheng, M. Liu, D. Dong // Fire Safety Journal. – 2024. – Vol.142. – 1040432 (17 p.). https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2023.10404
  35. Fedorov A.S., Zhitenev A.I. Duplex stainless steels: requirements, challenges, and solutions // Metallurgist. – 2025. – Vol.68 (8 p.). https://doi.org/10.1007/s11015-025-01894-
  36. Fernandes L.R. et al. Hydrogen interaction in ultrafine grain duplex stainless steel 2205 aged after cold rolling / L.R. Fernandes, T.B. de Abreu, L. Claeys, T. Depover, K. Verbeken, D.B. Santos // Tecnol. Metal. Mater. Min. [Electronic resource] — 2021. — Vol. 18. — e2349. https://doi.org/10.4322/2176-1523.2021234
  37. Ferro P., Bonollo F. A semiempirical model for sigma-phase precipitation in duplex and superduplex stainless steels.// Metall Mater Trans A – 2012 –Vol.43 – P. 1109–1116. https://doi.org/10.1007/s11661-011-0966-
  38. Fukumoto S., Yoshioka Y. Iwasaki Y et al. Simulation of microstructure formation processes in Fe-23Cr-6Ni-3Mo-0.1N alloy using Multiphase Field Method // Welding Letters. – 2019. – Vol.37 – No.4 – P. 7WL–10 WL. https://doi.org/10.2207/qjjws.37.7W
  39. Gonoring T.B. et al. A constitutive model for the uniaxial tensile plastic behavior of metals based on the instantaneous strain-hardening exponent / T.B. Gonoring, M. G. de Miranda Salustre, G.A. Caetano, J.B.R. Martins, M.T. D'Azeredo Orlando // J. Material Research and Technology. – 2022. – Vol.20. – P. 2421–2443. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.07.18
  40. Gunn R.N.(Edit.). Duplex Stainless Steels, Microstructure, properties and applications. – Woodhead Publishing, 1997. – 204 p
  41. Gurgel M.A.M. et al. Flow stress behavior, constitutive modeling, processing map and microstructure evolution in hot deformation of Fe-7.1Al-0.7Mn-0.4C-0.3Nb alloy / M.A.M. Gurgel, D.N.F. Leite, L.P. Moreira, A. dos Santos Paula, E. de Souza J. Baêta, R. da Silva Teixeira, L.P. Brandao // J. Materials Research and Technology. – 2024. – Vol.30. – P. 7145–7159. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.05.06
  42. Haghdadi N., Martin D., Hodgson P. Physically-based constitutive modelling of hot deformation behavior in a LDX 2101 duplex stainless steel // Materials and Design. – 2016. – Vol.106. – P. 420–427. http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2016.05.11
  43. Haghdadi N. et al. Microstructure dependence of impact toughness in duplex stainless steels / N. Haghdadi, P. Cizek, P.D. Hodgson, H. Beladi // Materials Science Engineering A. – 2019. – Vol.745. – P. 369–378. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.12.11
  44. Han Q. et al. Strain partitioning in dual-phase steels containing tempered martensite / Q. Han, A. Asgari, P.D. Hodgson, N. Stanford // Materials Science and Engineering – 2014 – Vol. A611 – P. 90–99. http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2014.05.07
  45. Han Y. et al. A short review on the role of alloying elements in duplex stainless steels / Y. Han, Z.-H. Liu, C.-B. Wu, Y. Zhao, G.-Q. Zu, W.-W. Zhu, X. Ran // Tungsten. – 2023. – Vol.5. – P. 419–439. https://doi.org/10.1007/s42864-022-00168-
  46. Hill R. A theory of the yielding and plastic flow of anisotropic materials // Proc. Royal Soc. London. – 1948. – Vol.A193. – Р. 281–297. https://doi.org/10.1098/rspa.1948.004
  47. Hosseini V. Super duplex stainless steels – microstructure and properties of physically simulated base and weld metal. – PhD Thesis. – Production Technology. – 2018. – No.24. – 128 p
  48. Johnson G.R., Cook W.H. A constitutive model and data for metals subjected to large strains // In: High Strain Rates, and High Temperatures. Proceedings 7th International Symposium on Ballistics, The Hague, 19-21 April 1983. – 1983. – P. 541-547
  49. Johnson W.A., Mehl R.F. Reaction kinetics in processes of nucleation and growth // Trans. AIME. – 1939. – Vol.135. – P. 416-442. https://ci.nii.ac.jp/naid/1002900883
  50. Kahar S.D. Duplex stainless steels – An overview // Int. J. Engineering Research and Application. – 2017. – Vol.7, Is. 4. – P. 27–36. http://dx.doi.org/10.9790/9622-070404273
  51. Kerileng K., Zhi X.D., Dundu M. Strain-rate effect and constitutive models for S31803 duplex stainless steel // J. Constructional Steel Research. – 2024. – Vol.216. – 108582 (13 p.). https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2024.10858
  52. Kim D., Chung W., Shin B.-H. Effects of the volume fraction of the secondary phase after solution annealing on electrochemical properties of Super Duplex stainless steel UNS S32750 // Metals. – 2023. – Vol.13. – 957 (14 p.). doi: 10.3390/met1305095
  53. Kim Y.J., Chumbley L.S., Gleeson B. Determination of isothermal transformation diagrams for sigma-phase formation in cast duplex stainless steels CD3MN and CD3MWCuN // Metall Mater Trans A –2004 – Vol. 35 – P. 3377–3386. https://doi.org/10.1007/s11661-004-0174-
  54. Kingklang S., Uthaisangsuk V. Investigation of Hot Deformation Behavior of Duplex Stainless Steel Grade 2507 // Metall. Mater. Trans. A – 2017 . – Vol.48 . – P. 95–108. doi: 10.1007/s11661-016-3829-
  55. Knyazeva M., Pohl M. Duplex Steels: Part I: Genesis, Formation, Structure //Metallogr. Microstruct. Anal. – 2013a. –Vol.2. – P. 113–121. https://doi: 10.1007/s13632-013-0066-
  56. Knyazeva M., Pohl M. Duplex Steels: Part II: Carbides and Nitrides //Metallogr. Microstruct. Anal. – 2013b. – Vol.2. – P. 343–351. https://doi.org/10.1007/s13632-013-0088-
  57. Kobayashi R. Simulations of dendritic crystal growth // Physica D – 1993. – Vol.63. – P. 410-423. https://doi.org/10.1016/0167-2789(93)90120-
  58. Li H. et al. Deformation characteristic and constitutive modeling of 2707 hyper duplex stainless steel under hot compression / H. Li, W. Jiao, H. Feng, X. Li, Z. Jiang, G. Li, L. Wang, G. Fan, P. Han // Metals. – 2016. – Vol.6. – 223 (17 p.). https://doi.org/10.3390/met609022
  59. Li J.-S. et al. Microstrain and boundary misorientation evolution for recrystallized super DSS after deformation / J.-S. Li, G.-J. Cheng, H.-W. Yen, Y. Yo-Lun, H.-Y. Chang, C.-Y. Wu, S.-H. Wang, J.-R. Yang // Materials Chemistry and Physics. — 2020. — Vol. 246. — P. 122815. — https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.12281
  60. Li Q. et al. Ultra-strong cold-drawn 2507 stainless steel wire with heterogenous microstructure of dual-phase and grain size / Q. Li, L.C. Zhou, H. Gao, J. Wang, X. Cao, J. Ma, J. Jiang, F. Fang // Journal of Materials Research and Technology. – 2024. – Vol. 33. – P. 6876–6889. – https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.11.08
  61. Ludwigson D.C., Berger J.A. Plastic behaviour of metastable austenitic stainless steel // J. Iron Steel Inst. – 1969. – Vol.207. – P. 63–69
  62. Luo J. et al. Constitutive model of duplex stainless steel S22053 and its weld under cyclic large plastic strain loading / J. Luo, S. Li, L. Mao, G. Shi // J. Constructional Steel Research. – 2023. – Vol.205. – 107882 (13 p.). https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2023.10788
  63. Ma C.Y. et al. Enhancement in mechanical properties and corrosion resistance of 2507 duplex stainless steel via friction stir processing / Ma C.Y., Zhou L., Zhang R.X., Li D.G., Shu F.Y., Song X.G., Zhao Y.Q. // J. Materials Research and Technology. – 2020. – Vol.9, No.4. – P. 8296–8305. – https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.05.05
  64. Malik A. et. al. Phase-field modeling of sigma-phase precipitation in 25cr7ni4mo duplex stainless steel / A. Malik, J. Odqvist, L. Höglund, S. Hertzman, J. Ågren // Metallurgical and Materials Transactions A – Published online 26 July 2017. https://doi.org/10.1007/s11661-017-4214-
  65. Malta P.O. et al. Microstructure and texture evolution of duplex stainless steels with different molybdenum contents / P.O. Malta, F.L. Dias, A.C.M. de Souza, D.B. Santos // Materials Characterization. – 2018. – Vol.142. – P. 406–421. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2018.06.00
  66. Marinelli M. , Degallaix S., Alvarez-Armas I. Dislocation structure developed in the austenitic-phase of SAF 2507 duplex stainless steel // Mater. Sci. Engg. A. – 2006. – Vol.435–436. – P. 305–308. https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.07.06
  67. Marinelli M.C. , Degallaix S., Alvarez-Armas I. Short Crack Initiation during Low-Cycle Fatigue in SAF 2507 Duplex Stainless Steel // Key Engineering Materials. – 2007. – Vols.345–346. – P. 343–346. – https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.345-346.34
  68. McFadden G.B. et al. Phase-field method for anisotropic interfaces / G.B.McFadden, A.A. Wheller, R.J. Braun, S.R. Coriel, R.F. Sekerka // Physical Review E – 1993. – Vol.48. – No.3. – P. 2016-2024. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.48.2016
  69. Mészáros I., Szabó P.J. Complex magnetic and microstructural investigation of duplex stainless steel // NDT E International. – 2005. – Vol. 38, Iss. 6. – P. 517–521. – doi: 10.1016/j.ndteint.2004.12.007
  70. Mishra M.K. et al. On the high temperature deformation behaviour of 2507 super duplex stainless steel / M.K. Mishra, I. Balasundar, A.G. Rao, B.P. Kashyap, N. Prabhu // JMEPEG. – 2017. – Vol.26. – P.802–812. https://doi.org/10.1007/s11665-017-2508-
  71. Miyamoto H., Mimaki T., Hashimoto S. Superplastic deformation of micro-specimens of duplex stainless steel // Materials Science and Engineering – 2001 – Vol.A319–321 – P. 779–783. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(01)01015-
  72. Momeni A., Dehghani K. Hot working behavior of 2205 austenite–ferrite duplex stainless steel characterized by constitutive equations and processing maps // Materials Science and Engineering A. – 2011. – Vol.528. – P.1448–1454. https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.11.02
  73. Nilsson J.-O. Super duplex stainless steels // Materials Science and Technology. – 1992. – Vol.8. – P. 685-700. http://dx.doi.org/10.1179/mst.1992.8.8.68
  74. Nilsson, J.O. et al. Mechanical properties, microstructural stability and kinetics of σ-phase formation in 29Cr-6Ni-2Mo-0.38N superduplex stainless steel./ J.-O. Nilsson, P. Kangas, T. Karlsson, A. Wilson // Metall Mater Trans A – 2000 – Vol.31 – P. 35–45 . https://doi.org/10.1007/s11661-000-0050-
  75. Pan L., Kwok C.T., Lo K.H. Microstructural characteristics and hardness enhancement of super duplex stainless steel by friction stir processing // Materials . – 2022. – Vol.15, No.18. – 6267 (16 p.). – https://doi.org/10.3390/ma15186267
  76. Petrenec M. et al. Dislocation structures of duplex stainless steel in uniaxial and biaxial cyclic loading / M. Petrenec, V. Aubin, J. Polák, S. Degallaix // Materials Science Forum. – 2005. – Vol.482. – P. 179-182. https://doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF.482.17
  77. Polák J., Kruml T., Degallaix S. Dislocation substructure in fatigued duplex stainless steel // Scripta Metallurgica et Materialia – 1993. – Vol. 29. – P. 1553-1558. https://doi.org/10.1016/0956-716X(93)90276-
  78. Polák J. et al. Fatigue damage in austenitic-ferritic duplex stainless steels / J. Polák, T. Kruml, S. Degallaix, J.-O. Nilsson // Microstructural influences. – 1998. – ICM8. – Vol.1.2. – P. 47-52. https://onlinelibrary.wiley.com/authored-by/Pol%C3%A1k/
  79. Rabi M., Shamass R., Cashell K.A. Description of the constitutive behaviour of stainless steel reinforcement // Case Studies in Construction Materials. – 2024. – Vol.20. – e03013 (15 p.). https://doi.org/10.1016/j.cscm.2024.e03013
  80. Ramazani A. et al. Correlation between 2D and 3D flow curve modelling of DP steels using a microstructure-based RVE approach / A. Ramazani, K. Mukherjee, H. Quade, U. Prahl, W. Bleck // Materials Science and Engineering – 2013. – Vol.A560 – P. 129–139. http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2012.09.04
  81. Ramberg W., Osgood W.R. Description of stress-strain curves by three parameters // NACA Technical Notes, No. NACA-TN-902. Washington DC, 1943. – 31 p
  82. Rivolta B., Panzeri D. The spinodal decomposition of ferrite in 2507 biphasic stainless steels: Embrittlement and possible toughness recovery // Crystals. – 2023. – Vol.13, No.10. – 1424 (19 p.). http://dx.doi.org/10.3390/cryst1310142
  83. Rocha A. da Cunha, Santos A.P. da Rocha, Pereira G.R. Phase transformations in duplex stainless steel: An assessment by in situ X-ray diffraction (Chapter 1) // In: Stainless Steels and Alloys (Ed. Duriagina Z). – 2019. – (14 p.). http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.8112
  84. Shi J. et al. Dynamic recrystallization behavior and numerical simulation of 2209 duplex stainless steel / J. Shi, M. Shuai, X. Chen, Y. Wu, Z. Chu, L. Tuo // Materials Today Communications. – 2024. – Vol.41. – 110892 (13 p.). https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.11089
  85. Shimomura Y., Park H.-W., Yanagimoto J. Hot deformation behavior of ferrite and austenite phases of ferritic stainless steel in the duplex temperature range // Materials Science Engineering A. – 2025. – Vol.923. – 147698 (13 p.). https://doi.org/10.1016/j.msea.2024.14769
  86. Siegmund T., Werner E., Fischer F.D. On the thermomechanical deformation behavior of duplex-type materials // J. Mech. Phys. Solids. – 1995. – Vol.43, No.4. – P. 495–532. https://doi.org/10.1016/0022-5096(95)00003-
  87. Sieurin H., Sandström R. Sigma phase precipitation in duplex stainless steel 2205 // Materials Science and Engineering A. – 2007. – Vol.444. – P. 271–276. https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.08.10
  88. Sordetti F. et al. Experimental review and accuracy of etchants used for phase analysis of SAF2507 super duplex stainless steel / F. Sordetti, A. Palombi, A. Varone, N. Picco, M. Magnan, E. Marin, C. Maranzana, A. Lanzutti // J. Materials Research and Technology. – 2024. – Vol.32. – P. 3842–3856. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.08.19
  89. Spigarelli S. et al. Constitutive equations for prediction of the flow behaviour of duplex stainless steels / S. Spigarelli, M. El Mehtedi, P. Ricci, C. Mapelli // Materials Science and Engineering A. – 2010. – Vol.527. – P. 4218–4228. https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.03.02
  90. Steinbach I. et al. A phase field concept for multiphase systems / I. Steinbach, F. Pezzolla, B. Nestler, M. Seeßlberg, R. Prieler. G.J. Schmitz, J.L.L. Rezende // Physica D. – 1996 –Vol.94. – P. 135–147. https://doi.org/10.1016/0167-2789(95)00298-
  91. Tahchieva A.B., Llorca-Isern N., Cabrera J.-M. Duplex and superduplex stainless steels: microstructure and property evolution by surface modification processes // Metals. – 2019. – Vol.9. – 347 (11 p.). https://doi.org/10.3390/met903034
  92. Wang S.-L. et al. Thermodynamically-consistent phase-field models for solidification / S.-L. Wang, R.F. Sekerka, A.A. Wheller, B.T. Muray, S.R. Coriel, R.J. Braun, G.B. McFadden // Physica D – 1993. – Vol.69. – P. 189-200. https://doi.org/10.1016/0167-2789(93)90189-
  93. Warren J.A., Boettinger W.J. Prediction of dendritic growth and microsegregation patterns in a binary alloy using the phase-field method // Acta Metall. Mater. – 1995. – Vol.43. – No.2. – P. 689-703. https://doi.org/10.1016/0956-7151(94)00285-
  94. Warren A.D. et al. Quantification of sigma-phase evolution in thermally aged 2205 duplex stainless steel / A. D. Warren, R.L. Harniman, Z. Guo, C.M. Younes, P.E.J. Flewitt, T.B. Scott // J Mater Sci. – 2016. – Vol.51. – P. 694–707. https://doi.org/10.1007/s10853-015-9131-
  95. Wheller A.A., Murray B.T., Schaefer R.J. Computation of dendrites using a phase-field model // Physica D – 1993. – Vol.66. – P. 243-262. https://doi.org/10.1016/0167-2789(93)90242-
  96. Wu Z. et al. The hot deformation behavior in austenite-ferrite heterostructured low density Fe-Mn-Al-C steel / Z. Wu, S. Liu, N. Md Hasan, E. Li, X. An // Materials Today Communications. – 2023. – Vol.37. – 107184 (13 p.). https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2023.10718
  97. Xi T. et al. Hot deformation behavior and processing map of a Cu bearing 2205 duplex stainless steel / T. Xi, L. Yin, C. Yang, K. Yang // Acta Metall. Sin. (Engl. Lett.). – 2019. – Vol.32. – P. 1537–1548. doi: 10.1007/s40195-019-00910-
  98. Yanagawa S., Watanabe I. Multiscale finite element analysis of yield-point phenomenon in ferrite–pearlite duplex steels // ISIJ Int. – 2024. – Vol.64, No.5. – P. 874–880. https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2023-47
  99. Yuan Y. et al. Nanostructure, mechanical properties, and corrosion resistance of super duplex stainless steel 2507 aged at 500 ◦C / Y. Yuan, S. Yuan, Y. Wang, Q. Li, Z. Deng, Y. Xie, Y. Ke, J. Xu, H. Yu, D. Sun, X. Xu // Crystals. – 2023 . – Vol.13 . – 243 (12 p.). https://doi.org/3390/cryst1302024
  100. Yuan Y. et al. Synergistic effect of dislocation and elemental clustering on spinodal decomposition in super duplex stainless steel / Y. Yuan, Y. Xie, Z. Hou, Q. Jin, Y. Ke, Z. Dong, H. Yu, D. Sun, X. Xu // Mater. Charact. – 2025 . – Vol.221 . – 114719. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2025.11471
  101. Zhai D. et al. Constitutive model of trip-type duplex stainless steel under symmetrical strain cyclic loading considering the effect of martensitic transformation /. D. Zhai, Z. Zou, M.Jin, Z. Cui, T. Wang // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2025. – Vol.56A. – P.587–599. https://doi.org/10.1007/s11661-024-07666-
  102. Zhang D. et al. Temperature evolution, phase ratio and corrosion resistance of duplex stainless steels treated by laser surface heat treatment / Zhang D., Wen P., Yin B.Z., Liu A.B. // J. Manufacturing Processes. – 2021. – Vol.62. – P. 99–107. doi: 10.1016/j.jmapro.2020.12.040
  103. Zhao Y. et al. Edge cracking prevention in 2507 super duplex stainless steel by twin-roll strip casting and its microstructure and properties / Y. Zhao, Y. Wang, S. Tang, W. Zhang, Z. Liu // J. Mater. Process. Technol. – 2019. – Vol.266. – P. 246–254. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2018.11.01
  104. Zhou T. et al. Hot-deformation-induced structural and mechanical properties of Ce-modified SAF 2507 super duplex stainless steel / T. Zhou, Y. Xiong, X. Zha, Y. Yue, Y. Lu, T. He, F. Ren, E. Rani, H. Singh, J. Kömi, M. Huttula, W. Cao // J. Mater. Res. Technol. – 2020 . – Vol.9. – P. 8379–8390. doi: 10.1016/j.jmrt.2020.05.12
  105. Zhitenev A.I. et al. Cast structure and properties of duplex stainless steels / A.I. Zhitenev, A.S. Fedorov, P.V. Kovalev, D.A. Strekalovskaya, A.A. Al’khimenko // Steel. – 2022. – Vol.52, No.5. – P. 479–486. https://doi.org/10.3103/S096709122205012
  106. Zhu Q. et al. Influence of deformation temperature and strain rate on martensitic transformation of duplex stainless steel and its corresponding kinetic model / Q. Zhu, F. Gao, Z. Gao, W. Zhang, S. Tang, X. Cai, Z. Liu // Metals. – 2025. – Vol.15. – 581 (25 p.). https:// doi.org/10.3390/met150605

Statistics

Views

Abstract - 221

PDF (Russian) - 17

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2025 Trusov P.V., Kotelnikova N.V., Makarevich E.S., Nyashina N.D.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies