Abstract

The appearance of ferritic stainless steels (FSS) is deteriorated when the surface defect known as ridging appears after sheet forming. This research concerns the influence of various sheet production conditions on the severity of ridging in FSS stabilized with titanium and niobium. A method for quantifying ridging was developed, the combined effect of calcium (Ca) treatment and electromagnetic stirring (EMS) on slab structure and ridging was studied, the influence of hot-rolling finishing temperature on microtexture and ridging was established, and a model relating microtexture to ridging intensity was developed.

The results showed that when casting without Ca treatment, even in the absence of EMS, the slab macrostructure is completely equiaxed and the final rolled, and annealed sheet has a high resistance to ridging. A similar situation prevails in the presence of a small Ca addition provided EMS is applied. However, accurate control of Ca content is difficult, and higher Ca contents lead to slabs having increasingly columnar grain structures and poor ridging resistance even with EMS. Under standard rolling with a finishing rolling temperature of 1000 °C just a two-fold increase in Ca content leads to a notable reduction in ridging resistance despite the use of EMS. Without EMS, the ridging resistance under these conditions is the worst of all the cases tested. However, lowering the hot-rolling finishing temperature to 810 °C increases the amount of recrystallization in the annealed hot band, which randomizes the texture and leads to cold-rolled and annealed sheet that is practically ridging free.

To further understand the mechanism of ridging and its dependence on the direction of strain, the evolution of macrotexture during 15% strain in both the rolling and transverse direction was studied in sheet samples with different susceptibilities to ridging. No correlation was found between macrotexture, e.g., γ-fiber intensity, and the severity of ridging. The microtextures of two samples with similar macrotextures but widely differing resistance to ridging were studied using electron backscattered diffraction. The detrimental influence of clusters of grains with low r-values on ridging was substantiated by predicting surface ridging profiles from the orientations of all grains through the thickness and across a representative width of sheet.

Tiivistelmä

Ohutlevyyn muovauksen aikana syntyvä valssaussuuntainen juovaisuus, ns. ridging-pintavika, heikentää ferriittisen ruostumattoman teräksen pinnanlaatua. Tämän tutkimuksen aiheena oli teräksen valmistukseen liittyvien tekijöiden vaikutus kyseisen pintavian voimakkuuteen niobilla ja titaanilla stabiloiduissa ferriittisissä ruostumattomissa teräksissä. Työssä kehitettiin menetelmä juovaisuuden voimakkuuden mittaamiseen, selvitettiin kalsiumseostuksen ja elektromagneettisen sekoituksen (EMS) vaikutus valuaihion rakenteeseen, kuumavalssauksen lopetuslämpötilan vaikutus mikrotekstuuriin sekä edellä mainittujen tekijöiden vaikutus pintavian voimakkuuteen. Työssä kehitettiin myös malli mikrotekstuurin ja juovaisuuden väliselle yhteydelle.

Tulokset osoittivat, että ilman kalsiumseostusta ja EMS:sta valetun aihion rakenne on täysin tasa-aksiaalinen. Tällöin valssatun ja hehkutetun lopputuotteen alttius juovaisuuden syntymiseen on vähäinen. Alttius on niin ikään vähäinen, jos seostetun kalsiumin määrä on pieni ja EMS on käytössä. Kalsiumin määrän tarkka kontrollointi on kuitenkin vaikeaa ja kalsiumpitoisuuden nousu voi aiheuttaa pylväskiteisen valurakenteen ja voimakkaamman juovaisuuden myös EMS:stä käytettäessä. Korkeammalla kalsiumseostuksella ilman EMS:stä muovauksessa syntyvän juovaisuuden voimakkuus oli suurin kaikista tutkituista tapauksista. Kuumavalssauksen lopetuslämpötilan alentaminen 810 °C:een kuitenkin lisää rekristallisaatioastetta hehkutetussa kuumanauhassa, mikä puolestaan rikkoo valussa syntyneen tekstuurin. Tuloksena on lopputuote, joka on käytännössä vapaa juovaisuudesta.

Juovaisuuden syntymekanismin ymmärtämiseksi makrotekstuurin muodostumista yksiaksiaalisessa vedossa tutkittiin koesarjalla, jossa erilaisen juovaisuusalttiuden omaavia näytteitä vedettiin 15 % venymään valssaussuunnassa ja kohtisuorassa valssaussuuntaa vastaan. Makrotekstuurin ei havaittu korreloivan juovaisuusalttiuden kanssa. Takaisinsironneiden elektronien diffraktiota käyttäen tutkittiin mikrotekstuuria kahdesta näytteestä, joissa oli samanlainen makrotekstuuri mutta erilainen alttius pintavikaan. Alhaisen r-arvon omaavien rakeiden muodostamien klustereiden todettiin altistavan materiaalin juovaisuudelle, mikä todennettiin laskemalla levyn pinnan juovaisuusprofiili rakeiden orientaatioiden avulla.

Osajulkaisut / Original papers

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

1. Kodukula, S., Ohligschläger, T., & Porter, D. (2021). Quantification of the severity of ridging in ferritic stainless steel sheets using a profilometric technique. ISIJ International, 61(1), 380–386. https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2020-137

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

2. Kodukula, S., Manninen, T., & Porter, D. (2021). Estimation of lankford coefficients of austenitic and ferritic stainless steels using mean grain orientations from micro-texture measurements. ISIJ International, 61(1), 401–407. https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2020-256

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

3. Kodukula, S., Petäjäjärvi, M., Savolainen, J., Fabritius, T., & Porter, D. (2021). Influence of calcium treatment and electromagnetic stirring on ridging in dual‐stabilized ferritic stainless steels. Steel Research International, 92(2), 2000445. https://doi.org/10.1002/srin.202000445

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

4. Kodukula, S., Karjalainen, P., & Porter, D. (2021). Influence of micro-texture distribution and straining direction on the ridging of ferritic stainless steels. ISIJ International, 61(3), 975–984. https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2020-610

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

5. Kodukula, S., Kokkomäki, H., Puukko, E., Porter, D., & Kömi, J. (2021). Influence of hot rolling finishing temperature on texture and ridging resistance in stabilized ferritic stainless steels. Steel Research International, 92(7), 2000695. https://doi.org/10.1002/srin.202000695

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version