بررسی ریزساختار، خواص کششی و بافت فولاد دوفازی استحکام بالای تولید شده توسط عملیات نورد سرد و آنیل بین بحرانی

محورهای موضوعی : فرآیندهای شکل دهی فلزات و ترمومکانیکال

حمید اشرفی ^{1 *} , ایمان حاجیان نیا ²

1 - استادیار، دانشکده مهندسی شیمی و مواد، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران.
2 - دکترای مهندسی مواد، گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران.

تاریخ دریافت : 1403/08/18 تاریخ پذیرش : 1403/10/17 تاریخ انتشار : 1404/06/24

کلید واژه: فولاد دوفازی, ریزساختار, خواص کششی, بافت,

چکیده مقاله :

در این پژوهش ریزساختار، خواص کششی و بافت یک فولاد دوفازی استحکام بالا مورد بررسی قرار گرفت.  ابتدا شمش یک فولاد کم کربن دارای منگنز و سیلسیم توسط ذوب القایی در خلاء تولید و سپس تحت عملیات نورد گرم قرار گرفت. در ادامه، عملیات نورد سرد انجام شد و ورق نورد سرد شده دردمای 780 درجه سانتیگراد به مدت 360 ثانیه تحت عملیات آنیل بین بحرانی قرار گرفت و در آب کوئنچ شد. ریزساختار و بافت فولاد تولید شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و تفرق الکترون برگشتی مورد بررسی قرار گرفت. به منظور ارزیابی خواص کششی فولاد تولید شده از آزمون کشش تک محوره استفاده شد. نتایج نشان داد که ریزساختار فولاد تولید شده شامل جزایر به هم پیوسته مارتنزیتی با کسر حجمی 62% در یک زمینه فریتی با متوسط اندازه دانه 7/1 میکرون است. این ریزساختار منجر به حصول استحکام کششی فوق العاده بالای 1265 مگاپاسکال و حاصلضرب استحکام کششی در ازدیاد طول یکنواخت 13622 مگاپاسکال درصد شد. بررسی رفتار کارسختی فولاد دوفازی تولید شده برمبنای آنالیز کروسارد – جول اصلاح شده نشان دهنده یک رفتار کارسختی سه مرحله‌ای بود. بررسی‌های تفرق الکترون برگشتی نشان داد که نورد سرد منجر به تشکیل بافتی شامل رشته a قوی و رشته g متوسط شده است. پس از آنیل بین بحرانی، رشته a به شدت ضعیف شد در حالی که شدت رشته g اندکی افزایش یافت. مولفه اصلی بافت در فولاد نورد سرد شده [110](001) بود، در حالی که بافتی نزدیک به [112](111) در مورد فولاد دوفازی مشاهده شد.

 

چکیده انگلیسی:

In this study, the microstructure, tensile properties, and texture of a high-strength dual-phase (DP) steel were investigated. Initially, a low-carbon steel containing manganese and silicon was produced by vacuum induction melting and then subjected to hot rolling. Subsequently, cold rolling was performed and the cold rolled sheet was intercritically annealed at a temperature of 780 °C for 360 seconds and quenched in water. The microstructure and texture of the produced steel were examined using scanning electron microscopy and electron backscatter diffraction (EBSD). Tensile properties of the produced steel were evaluated using uniaxial tensile testing. The results showed that the microstructure of the produced steel consisted of interconnected martensite islands with a volume fraction of 62% in a ferritic matrix with an average grain size of 7.1 microns. This microstructure resulted in an exceptionally high tensile strength of 1265 MPa and a tensile strength-uniform elongation balance of 13622 MPa%. Investigation of the work hardening behavior of the produced DP steel based on modified Crussard-Jaoul analysis indicated a three-stage hardness behavior. EBSD studies showed that cold rolling led to the formation of a texture consisting of strong α and moderate γ fibers. After intercritical annealing, the α fiber significantly weakened while the intensity of the γ fiber slightly increased. The main texture component in the cold rolled steel was (001)[110], while a texture close to (111)[112] was observed in the DP steel.

 

منابع و مأخذ:

[1] P. Dastur, C. Slater, T. Moore & C. Davis, "Martensite size and morphology influence on strain distribution and micro-damage evolution in dual-phase steels; comparing segregation-neutralised and banded grades", Materials & Design, vol. 246, p. 113340, 2024.

[2] J. Cui, K. Li, Z. Yang, Z. Wu & Y. Wu, "Investigation of effects of aluminum additions on microstructural evolution and mechanical properties of ultra-high strength and vanadium bearing dual-phase steels", J. Mater. Res. Technol, vol. 31, pp. 1117-1131, 2024.

[3] H. Ashrafi, M. Shamanian, R. Emadi & M. A. Sarmadi, "Effect of welding parameters on the microstructure and tensile properties of friction stir-welded DP600 steel", SAE Int. J. Mater. Manuf, vol. 12, pp. 165-177, 2019.

[4] M. S. Rashid, "Dual phase steels", Ann. Rev. Mater. Sci, vol. 11, pp. 245-266, 1981.

[5] M. Holscher, D. Raabe & K. Lu¨cke, "Rolling and recrystallization textures of bcc steels", Mater. Technol, vol. 62, pp. 567–575, 1991.

[6] E. Ohaeri, J. Szpunar, F. Fazeli & M. Arafin, "Hydrogen induced cracking susceptibility of API 5L X70 pipeline steel in relation to microstructure and crystallographic texture developed after different thermomechanical treatments", Mater. Charact, vol. 145, pp. 142-156, 2018.

[7] V. Javaheri, N. Khodaie, A. Kaijalainen, & D. Porter, "Effect of niobium and phase transformation temperature on the microstructure and texture of a novel 0.40% C thermomechanically processed steel", Mater. Charact, vol. 142, pp. 295–308, 2018.

[8] J. I. Omale, E. G. Ohaeri, A. A. Tiamiyu, M. Eskandari, K. M. Mostafijur & J. A. Szpunar, "Microstructure, texture evolution and mechanical properties of X70 pipeline steel after different thermomechanical treatments", Mater. Sci. Eng. A, vol. 703, pp. 477–485, 2017.

[9] Y. Weng, H. Dong & Y. Gan, "Advanced Steels: The Recent Scenario in Steel Science and Technology", Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Berlin, 2011.

[10] Z. G. Wang, A. M. Zhao, Z. Z. Zhao, J. Y. Ye, J. J. Chen & J. G. He, "Precipitation behavior and textural evolution of cold-rolled high strength deep drawing dual-phase steels", J. Iron Steel Res. Intl, vol. 20, pp. 61-68, 2013.

[11] S. H. Han, S. H. Choi, J. K. Choi, H. G. Seong & I. B. Kim, "Effect of hot-rolling processing on texture and r-value of annealed dual-phase steels", Mater. Sci. Eng. A, vol. 527, pp. 1686–1694, 2010.

[12] D. K. Mondal & R. K. Ray, "Development of {111} texture during cold rolling and recrystallization of a C-Mn-V dual-phase steel", Mater. Sci. Eng. A, vol. 158, pp. 147-156, 1992.

[14] P. Rao-Mondi, R. Madhavan, V. Subramanya-Sarma, & S. Sankaran, "Study of texture in ultra fine grained dual phase steel sheets", Mater. Sci. Forum, vol. 702-703, pp. 806-809, 2012.

[15] A. Ghatei-Kalashami, A. Kermanpur, E. Ghassemali, A. Najafizadeh & Y. Mazaheri, "The effect of Nb on texture evolutions of the ultrafine-grained dual-phase steels fabricated by cold rolling and intercritical annealing", J. Alloy Compd, vol. 694, pp. 1026-1035, 2017.

[16] B. Beausir & J. J. Fundenberger, "Analysis Tools for Electron and X-ray diffraction", ATEX—software, www.atex-software.eu, Universite´ de Lorraine - Metz, 2017.

[17] I. Hajiannia, M. Shamanian, M. Atapour, E. Ghassemali & N. Saeidi, "Development of ultrahigh strength TRIP steel containing high volume fraction of martensite and study of the microstructure and tensile behavior", Trans. Indian Inst. Met, vol. 71, pp. 1363–1370, 2018.

[18] Y. Mazaheri, A. Kermanpur, A. Najafizadeh & "A novel route for development of ultrahigh strength dual phase steels", Mater. Sci. Eng. A, vol. 619, pp. 1-11, 2014.

[19] M. Alibeyki, H. Mirzadeh, M. Najafi & A. Kalhor, "Modification of rule of mixtures for estimation of the mechanical properties of dual-phase steels", J. Mater. Eng. Perform, vol. 26, pp. 2683-2688, 2017.

[20] Q. Han, A. Asgari, P. D. Hodgson & N. Stanford, "Strain partitioning in dual-phase steels containing tempered martensite", Mater. Sci. Eng. A, vol. 611, pp. 90-99, 2014.

[21] Y. Mazaheri, A. Kermanpour & A. Najafizadeh, "Microstructures, mechanical properties, and strain hardening behavior of an ultrahigh strength dual phase steel developed by intercritical annealing of cold-rolled ferrite/martensite", Metal. Mater. Trans. A, vol. 46, pp. 3052-3062, 2015.

[22] A. G. Kalashami, A. Kermanpur, A. Najafizadeh & Y. Mazaheri, "Effect of Nb on microstructures and mechanical properties of an ultrafine-grained dual phase steel", J. Mater. Eng. Perform, vol. 24, pp. 3008-3017, 2015.

[23] H. Ashrafi, M. Shamanian, R. Emadi & N. Saeidi, "Correlation of tensile properties and strain hardening behavior with martensite volume fraction in dual-phase steels", Trans. Indian Inst. Met, vol. 70, pp. 1575–1584, 2017.

[24] R. E. Reed-Hill, W. R. Cribb & S. N. Monteiro, "Concerning the analysis of tensile stress-strain data using log dσ/dεp versus log σ diagrams", Metall. Trans, vol. 4, pp. 2665-2667, 1973.

[25] H. W. Swift, "Plastic instability under plane stress", J. Mech. Phys. Solids, vol. 1, pp. 1-18, 1952.

[26] Y. Najafi, Y. Mazaheri, Z. D. Ragheb & H. Daiy, "Multi-stage strain-hardening behavior of dual-phase steels: A review", J. Mater. Res. Technol, vol. 31, pp. 3860-3882, 2024.

[27] R. Joodaki, S. R. A. Zaree, K. Gheisari & M. Eskandari, "Effect of annealing treatments on the microstructure and texture development in API 5L X60 microalloyed pipeline steel", J. Mater. Eng. Perform, vol. 26, pp. 2003–2013, 2017.

[28] M. Eskandari, M. A. Mohtadi-Bonab & J. A. Szpunar, "Evolution of the microstructure and texture of X70 pipeline steel during cold-rolling and annealing treatments", Mater. des, vol. 90, pp. 618-627, 2016.

[29] L. A. I. Kestens & H. Pirgazi, "Texture formation in metal alloys with cubic crystal structures", Mater. Sci. Technol, vol. 32, pp 1303-1315, 2016.

[30] J. Y. Kang, H. C. Lee & S. H. Han, "Effect of Al and Mo on the textures and microstructures of dual phase steels", Mater. Sci. Eng. A, vol. 530, pp. 183-190, 2011.