Paslanmaz çeliklere uygulanan düşük sıcaklık nitrürleme işleminin mekanik ve korozyon özelliklerine etkisi
The effect of low temperature nitriding on mechanical and corrosion properties of stainless steels
Yazar: ÖZGÜR ÇELİK
Danışman: PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Korozyon = Corrosion ; Nitrürleme = Nitriding ; Paslanmaz çelik = Stainless steel ; Yorulma = Fatigue

Özet:
Ostenitik paslanmaz çelikler mükemmel korozyon direnci ve iyi şekillendirilebilirliği nedeniyle çeşitli mühendislik uygulamalarında oldukça ihtiyaç duyulan bir malzemedir. Ostenitik paslanmaz çelikler, titanyum ve kobalt-krom alaşımlarının ucuz alternatifi olarak uzun yıllardır cerrahi implant malzemesi olarak kullanılmaktadır. Ortopedik implant malzemesi olarak kullanıldıklarında iyi korozyon direnci ve şekillendirilebilirlik özelliklerinin yanı sıra vücut içerisinde aşınma direnci ve yüzey mukavemetinin de yüksek olması istenir. Ancak ostenitik paslanmaz çeliklerin oyuklanma ve aralık korozyonu gibi lokal korozyon dirençleri biyomedikal uygulamalar için tatmin edici değildir. Ostenitik paslanmaz çelik ortopedik implantların vücut içerisinde korozyona uğramasıyla demir, krom ve nikel iyonlarının salınımının gerçekleştiği rapor edilmiştir. Salınan krom, özellikle de nikel iyonları toksik ve alerjik olup, vücut içerisinde kanser yapıcı etkide bulunmaktadır. Nikel salınımı gösteren bir malzemenin performansını arttırabilmek için korozyona karşı daha dirençli kılınmalıdır. Araştırmalar azotun ostenitik paslanmaz çeliğin korozyon ve mukavemetini arttıran önemli bir alaşım elementi olduğunu göstermiştir. Azot çeliğin pasivasyon kabiliyetini arttırarak oyuklanma oluşma ihtimalini düşürmektedir.Nitrürleme işlemi ile ostenitik paslanmaz çeliklerde sert ve aşınmaya dayanıklı azot içerikli bir taşıyıcı yüzey elde edilebilmektedir. Ancak özellikle konvansiyonel nitrürleme koşullarında, yapıdaki krom, nitrürlenmiş tabakada azotla bileşik oluşturarak korozyon direncinde bir düşüşe neden olur. Literatürde plazma ve iyon sıçratma yöntemleri ile 450 oC'nin altında gerçekleştirilen nitrürleme işlemi sonucu azotun katı eriyikte kaldığı azotça aşırı doymuş S-fazı (genişlemiş ostenit olarak da bilinen) olarak isimlendirilen bir tabakanın ostenitik paslanmaz çeliğin yüzeyinde oluşturulduğu ve böylece korozyon direnci düşürülmeden oldukça yüksek sertlik ve mukavemete sahip bir yüzey elde edildiği rapor edilmiştir.Bu çalışmanın temel amacı, akışkan yatak tipi bir fırın kullanılarak uygulanan düşük sıcaklık nitrürleme işlemi ile AISI 304L, 316L ve 316 Ti ostenitik paslanmaz çeliklerin yüzey özelliklerinin S-fazı kaplanarak geliştirilmesidir. Akışkan yatak tipi fırınlar hazne içerisinde hızlı ve üniform ısı transfer hızı sağlarken bir prosesden diğerine geçişin kolay olması ve kurulum ve işletim maliyetinin ucuz olması nedeniyle diğer yöntemlere göre oldukça avantajlı olup, S-fazı kaplamada henüz etkin olarak kullanılmamıştır. Bu çalışmada nitrürleme işlemi, 400, 420 ve 450 oC nitrürleme sıcaklıklarında ve 4,6 ve 10 saat nitrürleme sürelerinde % 60 NH3 + % 40 N2 gaz atmosferinde gaz taşıyıcı olarak alumina partiküllerin kullanıldığı bir akışkan yatak tipi fırın kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Nitrürlenen ostenitik paslanmaz çeliklerin mikroyapısal karakterizasyonları yapıldıktan sonra korozyon, aşınma ve yorulma davranışları incelenmiş ve ortopedik malzeme olarak sıklıkla kullanılan ve bu çalışmada referans malzeme olarak alınan Rex 734 ostenitik paslanmaz çeliğinkiyle karşılaştırılmıştır.Nitrürleme işlemi uygulanmış malzemelerin karakterizasyonu, mikroyapısal incelemeler, X-ışınları difraksiyonu, sertlik ve akkor boşalmalı optik spektroskopi (glow discharge optical spectroscopy - GDOS) kullanılarak yapılmıştır. Mikroyapısal incelemeler numunelerin nitrürlenen kesitlerinin standart yöntemlerle hazırlandıktan sonra % 50 HCl + % 50 HNO3 çözeltisinde dağlanarak optik mikroskopta incelenmesi ile gerçekleştirilmiştir. Nitrürlenmiş yüzeylerde oluşan fazları ve kristal yapılarını belirlemek için X-ışınları difraksiyonu ince film tekniğinden yararlanılmıştır. Arayer atomların ostenitik paslanmaz çelikler içerisinde difüzyon derinliklerini belirlemede GDOS kullanılmıştır. Nitrürlenen ostenitik paslanmaz çeliklerin sertlikleri numune yüzeylerinden 0.1-3 N artan yük aralığında Vikers piramit batıcı ucu kullanarak çok çevrimli yükleme esasına göre gerçekleştirilmiştir. Nitrürlenen paslanmaz çeliklerde yüzeyde oluşan tabakaların sertlikleri ise kesit mikroyapısından 250 mN yük kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Nitrürlenmiş ostenitik paslanmaz çeliklerde oluşan kalıntı gerilmeler ise indentasyon yöntemi kullanılarak belirlenmiştir.İşlemsiz ve nitrürlenmiş ostenitik paslanmaz çeliklerin korozyon deneyleri, numunelerin % 3.5 FeCl3 ve % 3.5 HCl asidik sulu çözeltilerinde daldırma yöntemine göre toplam 72 saat süreyle tutulmaları suretiyle gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçları, numunelerin birim yüzey alanı başına düşen ağırlık kaybına göre gr/cm2 biriminde değerlendirilmiştir. İşlemsiz ve nitrürlenmiş ostenitik paslanmaz çeliklerin elektrokimyasal korozyon davranışları ise anodik potansiyodinamik polarizasyon yöntemine göre belirlenmiştir.Aşınma deneyleri normal atmosferik şartlarda (20 ? 2 oC, 48 ? 5 % bağıl nem), yapay vücut sıvısı içerisinde ve % 3.5 HCl sulu çözeltisinde 0.15 m/s kayma hızında ve 300 m toplam kayma mesafesinde 10 mm çapında Al2O3 top kullanılarak 2 N yük altında gerçekleştirilmiştir. Deneylerden sonra yüzeyde oluşan aşınma izlerinin profilleri alınarak aşınma iz alanları belirlenmiştir. Hesaplanan aşınma iz alanları değerleri kullanılarak ve Rex 734 ostenitik paslanmaz çeliği referans malzeme kabul edilerek işlemsiz ve nitrürlenmiş ostenitik paslanmaz çeliklerin rölatif aşınma dirençleri belirlenmiştir.Daldırma korozyon çözeltilerinde en iyi direnci gösteren nitrürleme koşulunda (420 oC'de 4 saat) nitrürlenen paslanmaz çeliklerde oluşturulan tabakaların altlığa yapışma kabiliyetini belirleyebilmek için çizik deneyleri yapılmıştır. Çizik deneyleri, 100 ? m'luk küresel Rockwell elmas ucu kullanılarak, 10 mm/dk sabit çizme hızında, 5 mm'lik çizik izleri oluşturularak gerçekleştirilmiştir. Çizik izi boyunca 0,03 N'dan 10 N'a artan yük uygulanmıştır. Çizik deneylerini takiben, işlemsiz ve 420 oC'de 4 saat nitrürlenen ostenitik paslanmaz çeliklerin çekme, eğme ve yorulma özellikleri incelenmiştir. Çekme deneyleri 0.1 mm/s çekme hızında ve oda sıcaklığında yapılırken, üç nokta eğme deneyleri, deney sonunda eğilen numune kolları birbirine paralel hale gelecek şekilde 180o eğme deneyi morfolojisine göre gerçekleştirilmiştir. İşlemsiz ve 420 oC'de 4 saat nitrürlenmiş ostenitik paslanmaz çeliklerin yorulma davranışları oda sıcaklığında ve 50 Hz yükleme frekansında dönel eğmeli yorulma deneyi ile incelenmiştir. Hasar kriteri olarak numunelerin kırılmasının ve eğilmesinin esas alındığı dönel eğmeli yorulma deneylerinde, her bir gerilme genliği için hasar çevrim sayıları belirlenerek gerilme genliği ? hasar çevrim sayısı eğrileri oluşturulmuş ve 2 ? 107 çevrimde numunelerin kırılmadığı gerilme genliği, yorulma dayanım sınırı olarak alınmıştır. Numune kırılmadığında veya eğilmediğinde deneyler 2 ? 107 çevrimde durdurulmuştur.Mikroyapısal çalışmalar sonucunda ostenitik paslanmaz çeliklerin farklı sıcaklık ve sürelerde nitrürlenmesi ile taban malzeme mikroyapısından net bir hat ile ayrılan, sıcaklık ve süreye bağlı olarak değişen kalınlıklarda, çatlak, çökelti ve belirgin bir difüzyon tabakası içermeyen üniform nitrürleme tabakalarının oluştuğu belirlenmiştir. İşlemsiz ostenitik paslanmaz çeliklerin XRD paternlerinde tamamen ostenit pikleri görülürken, nitrürlenmiş malzemelerde katı eriyik sertleştirmesinin bir karakteristiği olan ve azotça aşırı doyma sonucu latis parametrelerinin artmasına bağlı olarak ostenit piklerine göre daha düşük 2 ? açılarına kayan ve genişleyen S-fazı pikleri görülmüştür. Ayrıca 420 ve 450 oC sıcaklıktaki bazı nitrürleme sürelerinde ostenitik paslanmaz çeliklerin XRD paternlerinde CrN piklerine rastlanmıştır. GDOS profilleri yüzeyde belirli bir kalınlık boyunca azotça zengin bir tabakanın oluştuğunu, bu tabakanın hemen altında belirli bir derinlikte karbon pikinin bulunmasının ise akışkan yatakta nitrürleme işlemi ile yüzeyde karbonca zengin ince bir tabakanın üzerinde azotça zengin daha geniş bir tabakanın yer aldığı hibrid bir yapının oluştuğunu göstermiştir. Ostenitik paslanmaz çeliklerin yüzeyinde S-fazı tabakası oluşturulması ile ana malzemeye göre yaklaşık olarak 5-7 katlık sertlik artışlarının meydana geldiği belirlenmiştir. Ayrıca nitrürlenmiş ostenitik paslanmaz çeliklerin yüzeylerinde basma kalıntı gerilmelerinin oluştuğu, nitrürleme sıcaklığı ve süresinin artmasına bağlı olarak yüzey tabakalarında oluşan kalıntı gerilme miktarlarında artış olduğu saptanmıştır.Üç farklı sıcaklık (400, 420 ve 450 oC) ve sürede (4,6 ve 10 saat) nitrürlenen AISI 304L, 316L ve 316Ti ostenitik paslanmaz çeliklerin % 3,5 FeCl3 çözeltisinde daldırma korozyon deneyleri sonucu, 400 ve 420 oC'de 4 saat nitrürlenmiş ostenitik paslanmaz çeliklerin işlemsiz malzemelerle hemen hemen aynı birim alan başına düşen ağırlık kaybı değerleri gösterdiği, diğer bütün nitrürleme koşullarında nitrürlenmiş ostenitik paslanmaz çeliklerin birim alan başına düşen ağırlık kayıplarının işlemsiz çeliklere göre oldukça yüksek oranlarda arttığı belirlenmiştir. % 3,5 HCl çözeltisi içerisindeki korozyon deneyleri sonucunda ise 420 oC'de 4 saat nitrürlenmiş ostenitik paslanmaz çeliklerin işlemsiz malzemelere göre daha düşük ağırlık kaybı gösterdiği, diğer tüm nitrürleme şartlarında ise birim alan başına düşen ağırlık kayıplarının arttığı bulunmuştur. Daldırma korozyon deneylerinde en yüksek korozyon direncini gösteren 420 oC'de 4 saat nitrürlenmiş ostenitik paslanmaz çeliklerin yapay vücut sıvısı içerisinde gerçekleştirilen elektrokimyasal korozyon deneyleri sonucunda, nitrürlemenin ostenitik paslanmaz çeliklerin oyuklanma korozyon direncini arttırdığı, işlemsiz ostenitik paslanmaz çelikler belirli bir potansiyelde oyuklanma gösterirken S-fazı kaplanmış ostenitik paslanmaz çeliklerin çalışılan potansiyel çevrimi içerisinde oyuklanma göstermedikleri belirlenmiştir.İncelenen ostenitik paslanmaz çeliklerin işlemsiz ve nitrürlenmiş halde kuru ortam aşınma deneyleri sonucunda, farklı sıcaklık ve sürelerde gerçekleştirilen nitrürleme işlemlerinin ostenitik paslanmaz çeliklerin kuru ortam aşınma dirençlerinde yaklaşık 10 katın üzerinde artışlar sağladığı belirlenmiştir. Yapay vücut sıvısı içerisinde gerçekleştirilen aşınma deneyleri sonucunda ise, işlemsiz paslanmaz çeliklerin aşınma dirençlerinin kuru ortama göre yaklaşık 5 kat arttığı, nitrürlenmiş ostenitik paslanmaz çeliklerin aşınma dirençlerinin ise kuru ortama göre düştüğü saptanmıştır. % 3,5 HCl çözeltisi içerisinde gerçekleştirilen aşınma deneyleri sonucunda ise, 420 oC'de 4 saat nitrürleme işlemi ile her üç grup paslanmaz çeliğin de aşınma direncinin arttığı, aynı sıcaklıkta nitrürleme işlem sürelerinin artmasına bağlı olarak ise aşınma direncinin düştüğü belirlenmiştir.Çizik deneyleri sonucunda 420 oC'de 4 saat nitrürlenmiş AISI 304L, 316L ve 316Ti ostenitik paslanmaz çelik yüzeylerinde oluşan S-fazı kaplamaların ana metal ile oldukça iyi yapışma direnci gösterdiği belirlenmiştir. Bununla birlikte çizik izlerinin kenarlarına bakıldığında kaplamalarda herhangi bir kopma, kalkma ve yığılmanın olmadığı görülmüştür. S-fazı kaplanmış ostenitik paslanmaz çeliklerde oluşturulan çizik izlerinde radyal çekme çatlamalarının meydana geldiği görülmüştür. Bu hasar modunda çatlaklar, hareket eden batıcı ucun arkasında kalan çekme gerilmesinin yoğunlaştığı alanlarda meydana gelmektedir.420 oC'de 4 saat nitrürleme ile ostenitik paslanmaz çeliklerin akma ve çekme mukavemetlerinde işlemsiz malzemelere göre 20-30 MPa'lık artışlar olurken, yüzde uzama ve kesit daralması değerlerinde hafif düşmeler meydana gelmiştir. Üç nokta eğme deneyleri (180o eğme) sonunda, işlemsiz ve 420 oC'de 4 saat nitrürlenmiş ostenitik paslanmaz çeliklerin yüzeylerinde herhangi bir çatlama ve kırılma belirtisine rastlanmamıştır.420 oC'de 4 saat nitrürleme ile ostenitik paslanmaz çeliklerin yorulma dayanımları arttırılmıştır. Nitrürleme işlemi ile 304L ostenitik paslanmaz çeliğinin yorulma dayanım sınırı 243 MPa'dan 252 MPa'a çıkartılarak yaklaşık % 4'lük bir artış sağlanmıştır. Nitrürleme işlemi ile yorulma dayanım sınırındaki bu artış 316 Ti ve 316L ostenitik paslanamaz çeliklerinde daha belirgin olup, 316Ti ostenitik paslanmaz çeliğinde 395 MPa'dan 456 MPa'a çıkarak % 15 oranında artarken, 316L paslanmaz çeliğinde 300 MPa'dan 369 MPa'a artarak % 23'e kadar çıktığı belirlenmiştir.

Abstract:
Austenitic stainless steels are generally used in engineering applications where excellent corrosion resistance and good formability are required. Austenitic stainless steels have been used as a material for surgical implant applications for many years and is still an inexpensive alternative to currently used implants made from titanium and its alloys and to cobalt-based alloys. The application of austenitic stainless steel as an orthopaedic implant material not only requires high corrosion resistance and good formability but also excellent wear behavior within a corrosive environment such as body fluids. However, it has been reported that austenitic stainless steels orthopaedic implants corrode in body environment and release iron, chromium and nickel ions. Leached chromium and especially nickel ions are toxic species and powerful allergens and have been shown to be carcinogenic in human body. The localized corrosion resistance of austenitic stainless steels such as pitting and crevice corrosion is dissatisfactory with respect to their use as materials for biomedical engineering. An increase of a material?s performance concerning the release of nickel ions may be obtained by either creating a more corrosion resistant material. Investigations have shown that nitrogen is an important alloying addition to austenitic stainless steel in terms of corrosion resistance and strength. It promotes passivity and widens the passive range in which pitting is less probable.Nitriding enables a hard, wear resistant nitrogen-bearing surface to be formed on austenitic stainless steels. A reduction in corrosion resistance caused by the removal of chromium from solid solution is, however, frequently observed for such surface layers. Nitriding at temperatures ? 450 oC can result in the production of a surface layer comprising S-phase (also known as `expanded austenite?) which avoids the reduction in corrosion resistance. S-phase is a nitrogen or carbon supersaturated stainless steel phase based on Fe-Ni-Cr austenite that displays both high hardness and excellent corrosion resistance. In the literature, surface layers containing S-phase were mostly produced by surface modification techniques such as plasma immersion ion implantation and sputter deposition.The main aim of this work is to improve the surface properties of AISI 304L, 316L and 316 Ti austenitic stainless steels with S-phase coating produced by low temperature nitriding in a fluidized bed furnace. Fluidized bed furnaces offer rapid and uniform heat transfer rate and easy change from one process system to another. They also provide low operation and capital cost. Although they have very important advantages in comparison with other processes, fluidized bed furnaces weren?t effectively used in producing S-phase coatings. In this study, nitriding was carried out at 400, 420 and 450 oC for 4, 6 and 10 hours in a fluidized bed containing Al2O3 powders as the gas carrier and ?60 % ammonia + 40 % nitrogen? gas mixtures as the nitriding media. The corrosion, wear and fatigue behaviours of nitrided stainless steels compare the that of Rex 734 reference material which is commonly used as orthopaedic implant material.Microstructural characterizations of the nitrided samples were made by microscopic examinations, X-ray diffraction (XRD) and glow discharge optical spectrometry (GDOS) analysis and hardness measurements. Microscopic examinations were conducted on the cross-sections of samples after etching with 50 % HNO3 + 50 % HCl solution. A X-ray diffractometer was used for phase identification according to the glancing incidence technique by utilizing CuK? radiation. The penetration depth of interstitial atoms into the austenitic stainless steels was estimated by a GDOS. Hardness tests were carried out on the surface of the samples with a Vickers pyramid indenter. Surface hardness measurements were performed in continuous multi-cycle mode under indentation loads varied in between 0,1 and 3 N. Hardness tests were also performed on the cross-sections of nitrided layers under indentation loads of 250 mN. Residual stresses in the examined nitrided layers were determined by indentation technique.Room temperature corrosion tests of untreated and nitrided austenitic stainless steeels were performed by immersing the samples in acidic solutions containing 3,5 vol. % FeCl3 and 3,5 vol.% HCl for 72 h. The results of the corrosion tests were evaluated as weight loss (g) per total surface area (cm2) of the samples. Electrochemical corrosion behaviours of untreated and nitrided austenitic stainless steels were determined by anodic potentiodynamic polarization technique.Dry sliding wear resistances of austenitic stainless steels were determined at room temperature containing about 48 ? 5 % humidity condition. Corrosive wear tests were carried out in simulated body fluid and 3,5 % HCl solutions. During tests, samples were rotating against a stationary 10 mm diameter Al2O3 ball, which was subjected to a normal load of 2 N. The sliding speed of the ball on the surfaces of the samples was 0.15 m/s for a total sliding distance of 300 m. After the tests, wear tracks developed on the surfaces of the samples were detected by a profilometer to quantify the test results in terms of track area loss. Finally, wear track area values were converted into Relative Wear Resistance (RWR) by assuming Rex 734 as the reference material.In order to investigate adhesion properties of the nitrided layers, scratch test was used. Scratches (length 5 mm) were formed on the surfaces of the nitrided austenitic stainless steels at 420 oC for 4 hours using a diamond Rockwell indenter with a spherical tip (radius 100 ? m) sliding at a constant speed of 10 mm/ min. Scratches were made employing increasing load between 0.03 and 10 N. After scratch tests, tensile, bending and fatigue properties of untreated and nitrided stainless steels at 420 oC for 4 hours were investigated. Tensile tests were performed with strain rate of 0.1 mm/s at room temperature. Three-point bending tests were carried out until the arms of the sample becomes parallel (bending of 180°) on an universal testing machine. Fatigue tests were carried out with a rotating bending fatigue machine at room temperature, using S-N curves to evaluate the fatigue properties of the untreated and nitrided austenitic stainless steels at 420 oC for 4 hours. The run-out cycles were 2 ? 107 and the loading frequency was 50 Hz.Microstructural examinations revealed that uniform, compact and smooth nitrided layers have been developed on the surfaces of the austenitic stainless steel. Thicknesses of nitrided layers increased with increasing nitriding time and temperature. The XRD patterns displayed that typical austenite peaks for the untreated alloys and S-phase peaks for the nitrided alloys. However, chromium nitride peaks were seen in the XRD patterns of nitrided austenitic stainless steels in some nitriding times at 420 and 450 oC nitriding temperatures. GDOS profiles displayed a nitrogen rich layer has been formed by dissolution of nitrogen atoms in austenite. Presence of carbon peak at a certain depth indicates that nitriding in the fluidized bed produced a hybrid-layer with a large nitrogen enriched layer on top of a thin carbon enriched layer. When compared to the untreated state, the improvement of the surface hardness of the S-phase coated austenitic stainless steel is more than five fold. Furthermore, compressive residual stresses formed on the surfaces of the nitrided austenitic stainless steels, these residual stresses increased with increasing nitriding temperature and time.During corrosion tests of the examined austenitic stainless steels in a 3,5 % FeCl3 solution, nitrided alloys displayed higher weight loss than untreated samples in all nitriding conditions except 400 and 420 oC for 4 hours nitriding conditions. Nitrided alloys at 400 and 420 oC for 4 hours showed almost same weight loss with untreated alloys. However, all nitrided alloys showed higher weight loss than untreated alloys in 3,5 % HCl corrosion solution except nitrided alloys at 420 oC for 4 hours. Nitrided alloys at 420 oC for 4 hours exhibited low weight loss in 3,5 % HCl corrosion solution in comparison with untreated alloys. Electrochemical corrosion behaviours of the alloys nitrided at 420 oC for 4 hours and untreated austenitic stainless steels demonstrated that nitriding heat treatment improves the pitting corrosion resistances. When untreated alloys exhibited pitting at specific pitting potential, no pitting corrosion was detected for the S-phase coated austenitic stainless steels in the simulated body fluid solution.Dry sliding wear tests revealed that nitriding heat treatment effectively improved the wear resistances of the examined austenitic stainless steels. After nitriding more than 10 times increment has been detected in wear resistances depending on the untreated material. During wear tests of the examined austenitic stainless steels in simulated body fluid solution, wear resistances of untreated austenitic stainless steels increased approximately 5 times in comparison with dry sliding wear conditions. Nitrided austenitic stainless steels showed lower wear resistance than dry sliding conditions. During wear tests in 3,5 % HCl solution, nitrided austenitic stainless steels at 420 oC for 4 hours showed higher wear resistance than untreated steels. In 3,5 % HCl solution, wear resistances of nitrided austenitic stainless steels were decreased with increasing nitriding times at same nitriding temperature (420 oC).Scratch tests of nitrided AISI 304L, 316L ve 316Ti austenitic stainless steels at 420 oC for 4 hours showed that S-phase coatings exhibited good adhesion with base material. Due to the absence of pile-up and delamination, the friction of sliding indenter on nitrided austenitic stainless steels is smaller. Tensile cracking occurred in scratch tracks on the all S-phase coated austenitic stainless steels. In this failure mode, cracks form in the tensile stress field in the wake of the moving indenter.Nitriding of the austenitic stainless steels at 420 oC for 4 hours, caused slight increases at the yield and tensile strengths (20-30 MPa) and slight decreases at the % elongation and reduction of area properties. No cracking and fracture was detected on the surfaces of the untreated and nitrided at 420oC for 4 hours samples after three-point bending tests (180o bending).Under rotating-bending fatigue conditions, the beneficial effect of nitriding is significant and the fatigue limit increased approximately 4 % (from 243 to 252 MPa) for 304L, 15 % (from 395 to 456 MPa) for 316Ti and 23 % (from 300 to 369 MPa) for 316L for the nitriding at 420 oC for 4 hours.