Duplex stainless steels offer an excellent combination of good mechanical properties and high corrosion resistance. For this reason, they have become the material of choice for a wide range of applications in many industries. The last step in fabricating duplex stainless steel bars is quench annealing, which involves heating and holding the material at an elevated temperature, followed by rapid cooling. The aim is to obtain a phase balance that promotes the desired material properties. However, achieving sufficiently high cooling rates is a limiting factor for large-diameter bars, which entails the risk of precipitation of intermetallic phases, such as the sigma (σ) and chi (χ) phases, or the formation of chromium-rich ferrite (α’). Very small amounts of such precipitates would severely deteriorate the mechanical and corrosion properties of the material.

This thesis aimed to develop quench annealing routines for the duplex stainless steel SAF 2507, produced by Alleima AB, providing the best combination of properties at the lowest production cost. A series of quenching experiments were carried out in cold and warm water, as well as in warm aqueous NaCl solution (brine), to investigate whether and to what extent can the resulting cooling rates be enhanced by changing the bath temperature or type of cooling medium used. Simulations were also performed, with parameters validated against experimental data, to evaluate the cooling rates for larger bar dimensions. Finally, a number of ‘reversion heat treatments’ were conducted in the 525-600 ᵒC temperature range to evaluate the possibility of mitigating the adverse effects of spinodal decomposition on the material’s mechanical properties.

The results demonstrated that quenching in water at 9 ᵒC led to a 70% higher cooling rate across the temperature range where the sigma phase forms compared to water at 43 ᵒC, whereas the use of brine at 41 ᵒC resulted in a 40% enhancement. Yet, the cooling rates at lower temperatures, where the formation of chromium-rich ferrite occurs, were affected to less an extent. Although the cooling rates of larger bars cannot be increased as much due to resistance to internal heat transfer by conduction, simulations indicate that an appreciable improvement is still possible. Finally, a substantial increase in impact toughness, from approximately 50 J to more than 80 J, was achieved by annealing embrittled material at 525 ᵒC for 30 minutes or 550 ᵒC for 30-60 minutes. The findings of this study will likely contribute to optimizing the quench annealing process of large-diameter duplex stainless steel bars in order to reliablyproduce material that meets all performance requirements while minimizing production costs.

Duplexa rostfria stål erbjuder en utmärkt kombination av goda mekaniska egenskaper och hög korrosionsbeständighet. Av denna anledning har de blivit det föredragna materialet för en rad olika tillämpningar inom många industrier. Det sista steget i tillverkningen av duplexa rostfria stänger är släckglödgning. Detta innebär att materialet värms upp och hålls vid en förhöjd temperatur, följt av snabb avkylning. Målet är att uppnå en fasbalans som främjar de önskade materialegenskaperna. Emellertid är det en begränsande faktor för stora stänger att uppnå tillräckligt höga kylningshastigheter. Detta medför risken för utskiljning av intermetalliska faser, såsom sigma (σ) och chi (χ) faser, eller bildandet av kromrik ferrit (α’). Mycket små mängder av sådana utskiljningar skulle allvarligt försämra materialets mekaniska och korrosiva egenskaper.

Denna avhandling syftade till att utveckla släckglödgningsrutiner för duplex rostfria stålet SAF 2507, producerat av Alleima AB, som ger den bästa kombinationen av egenskaper till lägsta produktionskostnad. En serie släckningsförsök utfördes i kallt och varmt vatten, samt i varm vattenlösning av NaCl (brine), för att undersöka om och i vilken utsträckning kylningshastigheterna kan förbättras genom att ändra badtemperaturen eller typen av kylmedium som används. Simuleringar utfördes också, med parametrar validerade mot experimentella data, för att utvärdera kylningshastigheterna för större stångdimensioner. Slutligen  genomfördes  ett  antal  'reversionsvärmebehandlingar'  i  temperaturintervallet 525-600 ᵒC för att utvärdera möjligheten att mildra de negativa effekterna av spinodalt sönderfall på materialets mekaniska egenskaper.

Resultaten visar att släckning i vatten vid 9 ᵒC ledde till en 70% högre kylningshastighet över temperaturintervallet där sigmafasen bildas jämfört med vatten vid 43 ᵒC, medan användningen av  saltvatten  vid  41 ᵒC  resulterade  i  en  40%  förbättring.  Dock  påverkades kylningshastigheterna vid lägre temperaturer, där bildandet av kromrik ferrit sker, i mindre utsträckning. Även om kylningshastigheterna för större stänger inte kan ökas lika mycket på grund av motstånd mot intern värmeöverföring genom ledning, indikerar simuleringar att en avsevärd förbättring ändå är möjlig. Slutligen uppnåddes en betydande ökning i slagseghet, från cirka 50 J till mer än 80 J, genom att glödga sprött material vid 525 ᵒC i 30 minuter eller 550 ᵒC i 30-60 minuter. Resultaten av denna studie kommer sannolikt att bidra till att optimera släckglödgningsprocessen för duplexa rostfria stänger med stora diametrar för att på ett tillförlitligt  sätt  producera  material  som  uppfyller  alla  prestandakrav  samtidigt  somproduktionskostnaden minimeras.