Determination of Austenite Grain Size in Martensitic and Martensitic-Ferritic Stainless Steels

L. A. Lobanova; M. L. Lobanov

doi:10.17804/2410-9908.2026.3.089-100

L. A. Lobanova, M. L. Lobanov

DETERMINATION OF AUSTENITE GRAIN SIZE IN MARTENSITIC AND MARTENSITIC-FERRITIC STAINLESS STEELS

DOI: 10.17804/2410-9908.2026.3.089-100

This study compares the results of prior austenite grain size determination obtained by two different methods. One method is metallographic, involving counting the number of intersections of grain boundaries by the secant line. The other method involves grain size determination by orientation microscopy based on electron backscatter diffraction (EBSD). Samples of corrosion-resistant martensitic and martensitic-ferritic pipe steels with 16 wt% chromium are studied. It is shown that the size measured by the metallographic method is on average 1.8 times the size obtained by the orientation microscopy method. Thus, it is possible to use the orientation microscopy method for determining the average size of the prior austenite grain and assigning it to a specific size group. It is separately noted that δ-ferrite grains in the martensitic-ferritic steel are reconstructed according to the Kurdyumov–Sachs orientation relationships, and this may indicate the nucleation of martensitic laths at the austenite–δ-ferrite boundaries.

Acknowledgement: This research was funded by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Ural Federal University Program of Development within the Priority-2030 Program).

Keywords: stainless steel, martensitic microstructure, martensitic-ferritic microstructure, martensitic transformation, martensite, prior (parent) austenite grain, orientation microscopy, metallography

References:

Bellarby, J. Well Completion Design, 1^st ed., vol. 56, Elsevier, 2009, 728 p.
Pumpyanskii, D.A., Pyshmintsev, I.Yu., Bityukov, S.M., Gervasev, M.A., and Gusev, A.A. Features of microstructure, phase composition and strengthening capability of stainless steels with chromium content of 13-17%. Steel in Translation, 2022, 52, 844–851. DOI: 10.3103/S0967091222090091.
Solntsev, Yu.I. and Pryakhin, E.I. Materialovedenie [Materials Science: A Textbook for Universities, 4^th ed.]. Khimizdat Publ., Saint-Petersburg, 2007, 784 p. (In Russian).
Pumpyanskii, D.A., Pyshmintsev, I.Yu., Vydrin, A.V., Kuznetsov, V.I., and Krasikov, A.V. Osnovy metallovedeniya i tekhnologii proizvodstva trub iz korrozionno-stoikikh stalei [Fundamentals of Materials Science and Production Technology of Corrosion-Resistant Steel Pipes]. Metallurgizdat Publ., Moscow, 2023, 681 p. (In Russian).
Efron, L.I. Metallovedenie v “bolshoy” metallurgii. Trubnye stali [Metallurgy in “Big” Metallurgy. Pipe Steels]. Metallurgizdat Publ., Moscow, 2012, 696 p. (In Russian).
GOST 5639–82. (In Russian).
Liu, M., Zhang, Y., Wang, X., Beausir, B., Zhao, X., Zuo, L., and Esling, C. Crystal defect associated selection of phase transformation orientation relationships (ORs). Acta Materialia, 2018, 152, 315–326. DOI: 10.1016/j.actamat.2018.04.031.
Lobanov, M.L., Pastukhov, V.I., and Redikultsev, A.A. Effect of special boundaries on γ→α transformation in austenitic stainless steel. Physics of Metals and Metallography, 2021, 122, 396–402. DOI: 10.1134/S0031918X21040050.
Satskii, D.D., Soloveva, S.V., Ustinov, A.E., Yarkov, V.Yu., and Lobanov, M.L. Determination of austenite grain size in ferritic-martensitic stainless steel by orientation microscopy methods. Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures, 2024, 1, 28–44. DOI: 10.17804/2410-9908.2024.1.028-044. Available at: http://dream-journal.org/issues/2024-1/2024-1_432.html
Kurdjumow, G. and Sachs, G. Über den Mechanismus der Stahlhärtung. Z. Physik, 1930, 64, 325–343. DOI: 10.1007/BF01397346.
Nishiyama, Z. X-ray investigation of the mechanism of the transformation from face-centered cubic lattice to body-centered cubic. Sci. Rep. Tohoku Imp. Univ., 1934, 23, 637–664.
Wassermann, G. Über den Mechanismus der α-γ Umwandlung des Eisens Mitteilungen aus dem Kaiser-Wilhelm-Institut für Eisenforschung zu Düsseldorf, Verlag Stahleisen, Stuttgart, 1935.
Lobanov, M.L., Satskii, D.D., Urtsev, N.V., Zorina, M.A., and Yarkov, V.U. Crystallographic features of phase transformations in high-strength low-carbon pipe steel. Metal Science and Heat Treatment, 2024, 66, 259–269. DOI: 10.1007/s11041-024-01045-x.
GOST 5632–2014. (In Russian).
Available at: https://thixomet.ru/company/istoriya-sozdaniya-thixomet/ (accessed: 31.10.2025).
Available at: https://simagis.software.informer.com/2.0/ (accessed: 26.02.2026).
Lobanov, M.L., Rusakov, G.M., Redikultsev, A.A., Belikov, S.V., Karabanalov, M.S., Struina, E.R., and Gervasev, A.M. Investigation of special misorientations in lath martensite of low-carbon steel using the method of orientation microscopy. The Physics of Metals and Metallography, 2016, 117, 254–259. DOI: 10.1134/S0031918X1603008X.
Sukhomlin, G.D. Large-angle low-energy boundaries in martensitic structures of hypoeutectoid steels. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 2013, 35 (8), 1109–1122. (In Russian).
Huang, C.-Y., Ni, H.-C., and Yen, H.-W. New protocol for orientation reconstruction from martensite to austenite in steels. Materialia, 2020, 9, 100554. DOI: 10.1016/j.mtla.2019.100554.
Cluff, S., Homer, E., Nelson, T., Song, R., and Fullwood, D. Crystallographic reconstruction of parent austenite twin boundaries in a lath martensitic steel. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018, 375 (1), 012012. DOI: 10.1088/1757-899X/375/1/012012.

Л. А. Лобанова, М. Л. Лобанов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЗЕРНА АУСТЕНИТА В НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЯХ МАРТЕНСИТНОГО И МАРТЕНСИТНО-ФЕРРИТНОГО КЛАССОВ

В работе проведено сопоставление результатов определения величины исходного зерна аустенита, полученных двумя различными методами. Первый метод – металлографический – заключается в подсчете числа пересечений между секущей и границами зерен. Второй метод заключается в определении размеров зерен посредствам ориентационной микроскопии, основанной на дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD). Исследование проведено на образцах из коррозионностойких трубных сталей мартенситного и мартенситно-ферритного классов с содержанием хрома 16 масс. %. Показано, что размер зерен, определенный металлографическим методом, в 1,8 раза больше размера, полученного методом ориентационной микроскопии. Имеется возможность применять метод ориентационной микроскопии для оценки среднего размера исходного аустенитного зерна и отнесения его к определенной размерной группе. Отдельно отмечено, что зерна δ-феррита в мартенситно-ферритной стали реконструируются по ориентационным соотношениям Курдюмова – Закса, что может говорить о зарождении мартенситных реек на границах между аустенитом и δ-ферритом.

Благодарность: Данное исследование было профинансировано Министерством науки и высшего обра-зования Российской Федерации (Программа развития Уральского федерального универси-тета в рамках программы «Приоритет-2030»).

Ключевые слова: нержавеющая сталь, мартенситная микроструктура, мартенситно-ферритная микроструктура, мартенситное превращение, мартенсит, исходное зерно аустенита, ориентационная микроскопия, металлография

Библиография:

Bellarby J. Well Completion Design. – 1^st ed. – Elsevier, 2009.– 728 p. – Vol. 56.
Features of microstructure, phase composition and strengthening capability of stainless steels with chromium content of 13-17% / D. A. Pumpyanskii, I. Yu. Pyshmintsev, S. M. Bityukov, M. A. Gervasev, A. A. Gusev // Steel in Translation. – 2022. – Vol. 52. – P. 844–851. – DOI: 10.3103/S0967091222090091.
Солнцев Ю. П., Пряхин Е. И. Материаловедение : учебник для вузов. – Изд. 4-е, перераб. и доп. – СПб : Химиздат, 2007. – 784 с.
Основы металловедения и технологии производства труб из коррозионно-стойких сталей / Д. А. Пумпянский, И. Ю. Пышминцев, А. В. Выдрин, В. И. Кузнецов, А. В Красиков. –М. : Металлургиздат, 2023. – 681 с.
Эфрон Л. И. Металловедение в "большой" металлургии. Трубные стали. – М. : Металлургиздат, 2012. – 696 с.
ГОСТ 5639–82.
Crystal defect associated selection of phase transformation orientation relationships (ORs) / M. Liu, Y. Zhang, X. Wang, B. Beausir, X. Zhao, L. Zuo, C. Esling // Acta Materialia. – 2018. – Vol. 152. – P. 315–326. – DOI: 10.1016/j.actamat.2018.04.031.
Lobanov M. L., Pastukhov V. I., Redikultsev A. A. Effect of special boundaries on γ→α transformation in austenitic stainless steel // Physics of Metals and Metallography. – 2021. – Vol. 122. – P. 396–402. – DOI: 10.1134/S0031918X21040050.
Determination of austenite grain size in ferritic-martensitic stainless steel by orientation microscopy methods / D. D. Satskii, S. V. Soloveva, A. E. Ustinov, V. Yu. Yarkov, M. L. Lobanov // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. – 2024. – Iss. 1. – P. 28–44. – DOI: 10.17804/2410-9908.2024.1.028-044. – URL: http://dream-journal.org/issues/2024-1/2024-1_432.html
Kurdjumow G., Sachs G. Über den Mechanismus der Stahlhärtung // Z. Physik. – 1930. – Vol. 64. – P. 325–343. – DOI: 10.1007/BF01397346.
Nishiyama Z. X-ray investigation of the mechanism of the transformation from face-centered cubic lattice to body-centered cubic // Sci. Rep. Tohoku Imp. Univ. – 1934. – Vol. 23. – P. 637–664.
Wassermann G. Über den Mechanismus der α-γ Umwandlung des Eisens Mitteilungen aus dem Kaiser-Wilhelm-Institut für Eisenforschung zu Düsseldorf. – Stuttgart : Verlag Stahleisen, 1935.
Crystallographic features of phase transformations in high-strength low-carbon pipe steel / M. L. Lobanov, D. D. Satskii, N. V. Urtsev, M. A. Zorina, V. U. Yarkov // Metal Science and Heat Treatment. – 2024. – Vol. 66. – P. 259–269. – DOI: 10.1007/s11041-024-01045-x.
ГОСТ 5632–2014.
URL: https://thixomet.ru/company/istoriya-sozdaniya-thixomet/ (дата обращения: 31.10.2025).
URL: https://simagis.software.informer.com/2.0/ (дата обращения: 26.02.2026).
Investigation of special misorientations in lath martensite of low-carbon steel using the method of orientation microscopy / M. L. Lobanov, G. M. Rusakov, A. A. Redikultsev, S. V. Belikov, M. S. Karabanalov, E. R. Struina, A. M. Gervasev // The Physics of Metals and Metallography. – 2016. – Vol. 117. – P. 254–259. – DOI: 10.1134/S0031918X1603008X.
Сухомлин Г. Д. Большеугловые низкоэнергетические границы в мартенситных структурах доэвтектоидных сталей // Металлофизика и новейшие технологии. – 2013. – Т. 35 (8). – С. 1109–1122.
Huang C.-Y., Ni H.-C., Yen H.-W. New protocol for orientation reconstruction from martensite to austenite in steels // Materialia. – 2020. – Vol. 9. – P. 100554. – DOI: 10.1016/j.mtla.2019.100554.
Crystallographic Reconstruction of Parent Austenite Twin Boundaries in a Lath Martensitic Steel / S. Cluff, E. Homer, T. Nelson, R. Song, D. Fullwood // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 375 (1). – P. 012012. – DOI: 10.1088/1757-899X/375/1/012012.

Библиографическая ссылка на статью

Lobanova L. A., Lobanov M. L. Determination of Austenite Grain Size in Martensitic and Martensitic-Ferritic Stainless Steels // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2026. - Iss. 3. - P. 89-100. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2026.3.089-100. -
URL: http://dream-journal.org/issues/2026-3/2026-3_546.html
(accessed: 26.09.2026).