Abstract

The effect of thermomechanically controlled processing (TMCP) and various tempering conditions on the effect on microstructure and mechanical properties of low-carbon direct-quenched (DQ) high-strength steel has been studied.

All steels contained (in wt.%) 0.2Si-1Mn-1Cr-0.65Mo-0.03Al, while there were two levels of C (0.095 / 0.140), V (0 / 0.08), Ti (0 / 0.025) and B (0 / 0.0015). Thermomechanical treatment was studied by varying the finish hot rolling temperature (FRT) and the amount of reduction below recrystallization-stop-temperature (T_nr). Tempering treatments were conducted at 180–650 °C with an aim of simulating tempering conditions in an industrial batch annealing furnace.

The strength of final strip was shown to be dependent on an existing chemical composition and thermomechanical treatment, which both affected the transformed microstructures. Furthermore, the tempering temperature was greatly affecting the final strength. V-alloyed steels obtained superior resistance to softening in tempering. V-free steels, on the other hand, underwent significant improvement in toughness, but decrease in strength during high-temperature tempering. Toughness of the Ti- and V-alloyed strips was noticed mainly being dependent on the effective grain size in the final strip, which was mainly dependent on R_tot.

The bendability of DQ-T strip is affected by FRT and tempering temperature. FRT had an effect on the bendability by affecting transformed surface microstructures as well as intensity of shear texture component ~{112}<111>_α. Undesirable texture and microstructure was formed with FRT 865 °C, while FRT 775 °C lead to favourable microstructure of polygonal ferrite and granular bainite. High-temperature tempering softened the matrix and promoted bendability, but tempering at a temperature range of 400–500 °C leads to unfavourable formation of long carbide regions along lath and grain boundaries being detrimental for bendability.

Tiivistelmä

Termomekaanisen käsittelyn ja useiden päästökäsittelyjen vaikutusta mikrorakenteeseen sekä mekaanisiin ominaisuuksiin tutkittiin ultralujilla suorakarkaistuilla rakenneteräksillä.

Kaikki teräkset sisälsivät (paino-%) 0.2Si-1Mn-1Cr-0.65Mo-0.03Al, kun taas C (0.095 / 0.140), V (0 / 0.08), Ti (0 / 0.025) ja B (0 / 0.0015) tasoja varioitiin. Termomekaanisen käsittelyn vaikutusta tutkittiin varioimalla valssauksen lopetuslämpötilaa ja reduktion määrää rekristallisaation lopetuslämpötilan alapuolella. Koeterästen päästökokeet suoritettiin lämpötiloissa 180–650 °C simuloiden päästöolosuhteita teollisessa kellouunissa.

Teräksen lujuuden katsottiin olevan riippuvainen sekä kemiallisesta koostumuksesta että termomekaanisesta käsittelystä, jotka molemmat vaikuttivat syntyneisiin mikrorakenteisiin. Lisäksi päästölämpötilalla oli keskeinen vaikutus teräksen lopulliseen lujuuteen. V-seostetut koeteräkset omasivat erinomaisen päästönkestävyyden. V-vapaan teräksen iskusitkeys parani merkittävästi päästökäsittelyssä, johtaen kuitenkin merkittävään lujuuden laskuun. Ti- ja V-seostetun terästen lopullisen sitkeyden katsottiin riippuvan pääasiallisesti vallitsevasta raekoosta, johon termomekaaninen käsittely vaikutti keskeisesti.

Suorakarkaistun ja päästetyn teräksen särmättävyys riippui valssauksen lopetuslämpötilasta sekä päästökäsittelystä. Valssauksen lopetuslämpötilan vaikutus särmättävyyteen johtui syntyneistä mikrorakenteista sekä tekstuurikomponentin ~{112}<111>_α voimakkuudesta. Epäedullinen voimakas tekstuuri sekä yläbainiittinen mikrorakenne syntyi, kun valssauksen lopetuslämpötila oli 865 °C. Valssauksen lopetuslämpötila 775 °C taas johti edulliseen mikrorakenteeseen, joka koostui polygonaalisesta ferriitistä ja granulaarisesta bainiitista. Korkean lämpötilan päästö pehmensi matriisin lujuutta ja paransi särmättävyyttä. Kuitenkin, päästö 400–500 °C johti pitkien karbidien tai karbidijonojen epäedulliseen muodostumiseen heikentäen särmättävyyttä.

Osajulkaisut / Original papers

Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon / Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.

1. Saastamoinen, A., Kaijalainen, A., Nyo, T. T., Suikkanen, P., Porter, D., & Kömi, J. (2019). Direct-quenched and tempered low-C high-strength structural steel: The role of chemical composition on microstructure and mechanical properties. Materials Science and Engineering: A, 760, 346–358. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.06.018

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

2. Saastamoinen, A., Kaijalainen, A., Porter, D., Suikkanen, P., Yang, J.-R., & Tsai, Y.-T. (2018). The effect of finish rolling temperature and tempering on the microstructure, mechanical properties and dislocation density of direct-quenched steel. Materials Characterization, 139, 1–10. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2018.02.026

3. Saastamoinen, A., Kaijalainen, A., Porter, D., & Suikkanen, P. (2017). The effect of thermomechanical treatment and tempering on the subsurface microstructure and bendability of direct-quenched low-carbon strip steel. Materials Characterization, 134, 172–181. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2017.10.020

4. Saastamoinen, A., Kaijalainen, A., Heikkala, J., Porter, D., & Suikkanen, P. (2018). The effect of tempering temperature on microstructure, mechanical properties and bendability of direct-quenched low-alloy strip steel. Materials Science and Engineering: A, 730, 284–294. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.06.014

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version