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Doctoral Thesis
DOI
Document
Author
Full name
Dany Michell Andrade Centeno
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2018
Supervisor
Committee
Goldenstein, Helio (President)
Vatavuk, Jan
Gorni, Antonio Augusto
Júnior, Mário Boccalini
Masoumi, Mohammad
Title in Portuguese
Estudo das microestruturas e propriedades obtidas por tratamentos intercrí­ticos e por tratamento de estampagem a quente em um aço Dual Phase classe 600.
Keywords in Portuguese
Aço
Estampagem
Têmpera (Engenharia)
Abstract in Portuguese
Novos tratamentos térmicos e a otimização dos processos de conformação têm contribuído para o desenvolvimento de microestruturas multifásicas com excelente combinação de ductilidade e resistência mecânica. Parte dessa melhoria depende da presença de austenita retida, de sua estabilidade e fração volumétrica. O presente trabalho tem como objetivo caracterizar a evolução da microestrutura e comportamento das propriedades mecânicas do aço dual phase classe 600 (DP 600), após tratamentos térmicos intercríticos de têmpera e partição (Q&P) e reversão da martensita, assim como tratamentos termomecânicos de simulação física da estampagem a quente (HS), variando a deformação em 10% (HS 10) e 30% (HS 30), e combinando estampagem a quente com subsequente tratamento de têmpera e partição (HSQ&P). Duas condições microestruturais de partida diferentes foram utilizadas nos tratamentos térmicos. Para os tratamentos térmicos e termomecânicos Q&P, HS e HSQ&P a microestrutura de partida foi a bifásica (ferrita e martensita). Já para o tratamento térmico de reversão a microestrutura de partida foi modificada para martensítica. Os tratamentos puramente térmicos foram realizados no dilatômetro Bähr do Laboratório de Transformações de Fase (LTF); entretanto, os tratamentos termomecânicos foram feitos no simulador termomecânico Gleeble®, acoplado à linha de difração de raios X (XTMS) do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano). A análise microestrutural foi feita com suporte de microscopia ótica (MO) e eletrônica de varredura (MEV-FEG), EBSD, e difração de raios X in situ e convencional. Avaliaram-se as propriedades mecânicas por ensaio de tração em corpos de prova sub-size e endentação instrumentada. As amostras Q&P, HS e HSQ&P foram submetidas a ensaios exploratórios de resistência ao trincamento por hidrogênio (HIC) segundo a norma NACE TM0284. Adicionalmente, foi feita a medição de hidrogênio ancorado na microestrutura estudada, após tratamentos, utilizando a técnica de dessorção térmica disponível no LNNano. A avaliação das mudanças microestruturais e de propriedades mecânicas após tratamentos térmicos foram discutidas separadamente para cada microestrutura de partida. Os resultados dos processos Q&P, HS e HSQ&P no aço, mostraram que a evolução da microestrutura levou a formação de uma microestrutura mais complexa do que a microestrutura ferrítico-martensítica simples do material como recebido. A complexa microestrutura é dada pela formação de ferrita epitaxial durante a etapa de tratamento intercrítico, ferrita induzida por deformação (DIFT) na etapa de deformação em alta temperatura e bainita na etapa de partição. Essa mistura microestrutural levou a variações na relação das frações volumétricas de ferrita e martensita em relação às frações iniciais do aço, assim como na presença de austenita retida e sua estabilidade. Com base nos resultados é possível afirmar que o processo Q&P produz um aumento nas propriedades mecânicas do material. Por outro lado, após o ensaio de HIC todas as amostras apresentaram susceptibilidade ao trincamento; contudo, a severidade do dano foi maior nas amostras deformadas HS 30. Os ensaios preliminares de dessorção mostraram maior aprisionamento de hidrogênio em armadilhas reversíveis nas amostras HSQ&P e irreversíveis na amostra HS 30. Na segunda parte, os resultados do tratamento de reversão sugerem que, em geral, a microestrutura do aço processado compreende uma morfologia em ripas de ferrita intercrítica, martensita e filmes de austenita retida. A maior temperatura de reversão intercrítica resultou em menor fração de ferrita intercrítica. Por outro lado, a temperatura intercrítica de reversão influenciou significativamente a estabilidade da austenita retida. Uma alta fração de austenita retida foi obtida a uma temperatura ligeiramente acima da temperatura Ac1. Um segundo ciclo de reversão promoveu a difusão de C e Mn para a austenita revertida tornando-a mais estável a temperatura ambiente.
Title in English
Study of the microstructures and properties of Dual Phase DP 600 steel after intercritical heat treatments and hot stamping.
Keywords in English
Hot stamping
Hydrogen induced embrittlement and cracking
Martensite reversion
Physical simulation
Quenching and partitioning
Abstract in English
Novel Heat Treatments and the optimization of the forming processes have contributed to the development of multiphase microstructures with attractive combinations of ductility and mechanical resistance. This improvement partially depends on the presence, stability and volume fraction of retained austenite. The objective of this work is to characterize the evolution of the microstructure and mechanical properties of a class 600 dual phase steel (DP 600), as a function of the thermal and thermomechanical history. Two initial microstructures were used in this study. A ferritic-martensitic microstructure was used as the starting condition for inter-critical heat treatments followed by quenching and partitioning (Q&P) and for the thermomechanical simulations of the hot stamping (HS) process. The latter applying deformations of 10% (HS 10) and 30% (HS 30) combining hot stamping with subsequent quenching and partition (HSQ&P). The thermal cycles were performed in a Bähr dilatometer at the Laboratory of Phase Transformations (LTF), then duplicated using a Gleeble® thermomechanical simulator, coupled to the X-ray Scattering and Thermo-mechanical Simulation beamline (XTMS) at the Brazilian Nanotechnology National Laboratory (LNNano). The microstructural analysis was performed using optical microscopy (MO) and scanning electron (SEM-FEG), Electron Backscatter Diffraction (EBSD), and in situ and conventional X-ray diffraction. The mechanical properties were evaluated by tensile testing on sub-size specimens and by instrumented macro-nano indentation tests. The evolution of the microstructure and mechanical properties for each starting microstructure was discussed separately. The Q&P, HS and HSQ&P samples were submitted to exploratory tests of resistance to hydrogen induced cracking (HIC) according to NACE TM0284. Additionally, hydrogen measurements were performed for the microstructures obtained after Q&P and HDQ&P using the thermal desorption technique at LNNano. After Q&P, HS and HSQ&P, the resultant microstructure was more complex than the as-received ferritic-martensitic condition. Such complexity comes from the formation of epitaxial ferrite from the former ferritic phase during the intercritical treatment step, the deformation induced ferrite (DIFT) and the bainite formation during the partitioning step. This led to variations in the volumetric fraction of ferrite and martensite in relation to the initial fractions of the as-received condition, as well as the presence of retained austenite and its stability upon cooling. The Q&P process increased the mechanical properties of the material. On the other hand, all microstructures showed susceptibility to hydrogen cracking after 72 hours of H2S exposure tests. However, the damage was more severe for the HS samples with 30% of deformation. The preliminary desorption tests showed greater hydrogen trapping in reversible traps after HSQ&P and in irreversible traps for the HS with 30% deformation. A second set of experiments was conducted for a different microstructure consisting of a fully martensitic matrix as the initial condition. After intercritical reversion, the resultant microstructure comprised intercritical lath-like ferrite, martensite laths and retained austenite films. The higher the intercritical reversion temperature, the smaller the fraction of intercritical ferrite. On the other hand, the transformation temperature significantly influenced the stability of the retained austenite. The highest fraction of retained austenite was obtained when the transformation occurred slightly above the Ac1 temperature. A double intercritical reversion cycle promoted the diffusion of C and Mn to the reversed austenite making it more stable upon cooling to room temperature, leading to a better combination of strength and ductility.
 
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Publishing Date
2019-05-30
 
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