University of Oulu

Effect of microstructure on the mechanical properties and bendability of direct-quenched ultrahigh-strength steels

Saved in:
Author: Kaijalainen, Antti1,2
Organizations: 1University of Oulu Graduate School
2University of Oulu, Faculty of Technology, Mechanical Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 25.4 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526213491
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2016
Publish Date: 2016-11-08
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in the OP auditorium (L10), Linnanmaa, on 18 November 2016, at 12 noon
Tutor: Professor David Porter
Reviewer: Professor Takehide Senuma
Associate Professor Pasi Peura
Opponent: Associate Professor Esa Vuorinen
Associate Professor Pasi Peura
Description:

Abstract

The effect of austenite pancaking in the non-recrystallisation regime on microstructure and mechanical properties, especially bendability, was investigated in direct-quenched ultrahigh-strength strip steels with martensitic-bainitic microstructures.

Lowering the finishing rolling temperature (FRT) increased total reduction in the non-recrystallisation region (R tot). Niobium microalloying increased Rtot while variations in C, Mn and Mo did not affect Rtot to the same extent as Nb. A decrease in the FRT increased the incidence of softer microstructures such as ferrite and granular bainite in the subsurface layers. The microstructures at the centreline were comprised of auto-tempered martensite with some bainite. An increase in Rtot strengthens the intensities of the ~{554}<225>α and ~{112}<110>α texture components at the centreline and the components ~{112}<111>α and ~{110}<112>α - {110}<111>α at the strip subsurface.

Bendability is poorer with the bend axis perpendicular rather than parallel to the rolling direction (RD) and is further impaired with increasing hardness below the sheet surface. An intense ~{112}<111>α shear texture combined with upper bainite containing MA islands in the subsurface region is shown to be detrimental to bendability when the bend axis is perpendicular to the RD. This anisotropy of bendability can be explained by the appearance of geometric softening in grain clusters belonging to this texture component when the bend axis is perpendicular to the RD. Shear localisation is prevented, however, by the presence of a sufficiently thick subsurface microstructure having adequate work hardening capacity, i.e., ferrite + granular bainite rather than ferrite + upper bainite. The strain required to initiate strain localisation can be increased and good bendability thereby achieved—even in the presence of detrimental texture components—by ensuring the presence of a sufficiently soft subsurface layer extending to a depth of approximately 5% of the total sheet thickness.

The above beneficial microstructures can be obtained and good bendability ensured in direct-quenched strip steel with a yield stress above 900 MPa together with good impact toughness, provided a suitable combination of chemical composition and processing parameters is selected and sufficient attention is paid to steelmaking operations to obtain a proper inclusion structure.

see all

Tiivistelmä

Austeniitin muokkauksen vaikutusta mikrorakenteeseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin, erityisesti särmättävyyteen, tutkittiin suorasammutetuilla martensiittis-bainiittisilla suurlujuusnauhateräksillä.

Kuumavalssauksen lopetuslämpötilan lasku kasvatti austeniitin kokonaisreduktiota ei-rekristallisaatioalueella. Mikroseostus niobilla kasvatti myös kokonaisreduktiota, kun taasen muutokset C-, Mn- ja Mo -pitoisuuksissa eivät vaikuttaneet yhtä voimakkaasti. Valssauksen lopetuslämpötilan lasku kasvatti pehmeämpien mikrorakenteiden, kuten ferriitin ja granulaarisen bainiitin, määrää nauhan pintakerroksessa. Terästen keskilinjan mikrorakenteet koostuivat pääasiassa itsepäässeestä martensiitista sekä pienestä määrästä bainiittia. Kokonaisreduktion kasvu voimisti ~{554}<225>α - ja ~{112}<110>α -tekstuurikomponentteja keskilinjalla sekä ~{112}<111>α- ja ~{110}<112>α - {110}<111>α -komponentteja nauhan pintakerroksessa.

Särmättävyys oli huonompi särmän ollessa poikittain valssaussuuntaan nähden kuin pitkittäin. Pintakerroksen kovuuden kasvu heikensi särmättävyyttä. Pintakerroksen voimakas ~{112}<111>α -leikkaustekstuuri, yläbainiitin ja MA-saarekkeiden läsnä ollessa, osoittautui haitalliseksi särmän ollessa poikittain valssaussuuntaan nähden. Särmättävyyden anisotrooppisuus voidaan selittää geometrisella pehmenemisellä rakeissa, joissa kyseinen tekstuurikomponentti on voimakas. Leikkausmyötymän paikallistuminen estyy, kun pinnassa on riittävän paksu hyvän muokkauslujittumiskyvyn omaava kerros, mikä sisältää esim. ferriittiä ja granulaarista bainiittia, mutta ei ferriittiä ja yläbainiittia. Särmättävyys osoittautui pysyvän hyvänä huolimatta haitallisesta tekstuurikomponentista, kun pehmeä pintakerros ulottui noin 5 % syvyydelle levyn paksuudesta.

Edellä mainitut mikrorakenteet ja hyvä särmättävyys voidaan saavuttaa suorasammutetuilla yli 900 MPa myötölujuuden nauhateräksillä yhdessä hyvän iskusitkeyden kanssa, kunhan valitaan sopiva kemiallisen koostumuksen ja valmistusparametrien yhdistelmä sekä kiinnitetään huomiota teräksen sulkeumapuhtauteen.

see all

Series: Acta Universitatis Ouluensis. C, Technica
ISSN: 0355-3213
ISSN-E: 1796-2226
ISSN-L: 0355-3213
ISBN: 978-952-62-1349-1
ISBN Print: 978-952-62-1348-4
Issue: 582
Subjects:
Copyright information: © University of Oulu, 2016. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.