University of Oulu

Processing and microstructure of direct-quenched and tempered ultra-high strength steels

Saved in:
Author: Saastamoinen, Ari1,2
Organizations: 1University of Oulu Graduate School
2University of Oulu, Faculty of Technology
Format: ebook
Version: published version
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526224541
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2020
Publish Date: 2020-01-13
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 Wetteri auditorium (IT115), Linnanmaa, on 23 January 2020, at 12 noon
Tutor: Professor Jukka Kömi
Doctor David Porter
Reviewer: Professor Esa Vuorinen
Doctor Per Hansson
Opponent: Professor Ronald Schnitzer
Doctor Per Hansson
Description:

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 (Tnr). 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 Rtot.

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.

see all

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.

see all

Series: Acta Universitatis Ouluensis. C, Technica
ISSN: 0355-3213
ISSN-E: 1796-2226
ISSN-L: 0355-3213
ISBN: 978-952-62-2454-1
ISBN Print: 978-952-62-2453-4
Issue: 729
Subjects: