اصلاح شگرف خواص کششی یک فولاد کم‌آلیاژ سیلیسیم متوسط DIN 1.5025 در شرایط عملیات حرارتی کوئنچ و پارتیشن‌بندی تک مرحله‌ای در مقایسه با شرایط کاملا مارتنزیتی

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

شیما پشنگه ¹ , سید صادق قاسمی بنادکوکی ²

1 - مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده معدن و متالورژی، پردیس فنی و مهندسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران
2 - دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، بخش مهندسی مواد، دانشگاه یزد، یزد، ایران

تاريخ الإرسال : 09 السبت , جمادى الأولى, 1441 تاريخ التأكيد : 02 السبت , صفر, 1442 تاريخ الإصدار : 03 السبت , محرم, 1442

الکلمات المفتاحية: فولاد کم‌آلیاژ سیلیسیم متوسط DIN 1.5025, عملیات حرارتی کوئنچ مستقیم در آب, کوئنچ و پارتیشن‌بندی, ریزساختارهای میکروکامپوزیتی بینیت- مارتنزیت- آستنیت باقیمانده, پدیده‌ی TRIP,

ملخص المقالة :

فولادهای استحکام بالای پیشرفته (AHSS) نتیجه تلاش بسیار زیاد محققین در زمینه طراحی و توسعه­ی فولادهای با استحکام بالا و شکل­پذیری مناسب می‌باشند که جایگزین فولادهای متداول کوئنچ و تمپر شده‌اند. این گروه از فولادها دارای ریزساختار­های میکروکامپوزیتی شامل مخلوطی از فازهای بینیت، مارتنزیت و آستنیت هستند. درحقیقت این گروه از فولادها با کنترل میزان پیشرفت استحاله­های فازی آستنیت به بینیت- مارتنزیت- آستنیت باقیمانده سخت‌گردانی می‌شوند که این موضوع وجه تمایز آن‌ها در مقایسه با فولادهای متداول کوئنچ و تمپر کاملا مارتنزیتی می‌باشد. در پژوهش حاضر رفتار کششی فولاد کم­آلیاژ سیلیسیم متوسط DIN 1.5025 در شرایط عملیات حرارتی کوئنچ و پارتیشن­بندی (Q&P) تک مرحله­ای در دمای کوئنچ ^oC250 (کمتر از دمای آغاز استحاله­ی مارتنزیتی: ^oC275) برای زمان­های پارتیشن­بندی مختلف در محدوده­ی 5 ثانیه تا 1 ساعت در مقایسه با شرایط کوئنچ مستقیم بررسی شد. بررسی­های ریزساختاری و همچنین تغییرات خواص مکانیکی به ترتیب با استفاده از میکروسکوپ­های لیزری و الکترونی روبشی در کنار الگوی پراش پرتو ایکس و آزمون­های کشش و سختی­سنجی انجام شد.بررسی­های ریزساختاری نشان­دهنده­ی ایجاد ریزساختارهای میکروکامپوزیتی حاوی بینیت بدون کاربید-مارتنزیت- آستنیت باقیمانده در شرایط عملیات حرارتی کوئنچ و پارتیشن­بندی تک مرحله­ای در مقایسه با ریزساختارهای کاملا مارتنزیتی کوئنچ مستقیم است. افزایش کسر فاز آستنیت باقیمانده به مقدار بیشینه 8/17 درصد تا مدت زمان پارتیشن­بندی 600 ثانیه موجب اصلاح شگرف رفتار کششی نمونه­های میکروکامپوزیتی شده است. اصلاح شگرف رفتار مکانیکی با توجه به مدت زمان پارتیشن­بندی نمونه­های میکروکامپوزیتی نشان­دهنده­ی تاثیر به ­سزایی فاز آستنیت باقیمانده بر خواص کششی به واسطه اثر پلاستیسیته­ی حاصل از استحاله­ی فازی (TRIP) ناشی از تحول آستنیت باقیمانده به مارتنزیت پس از اعمال تنش­های کششی می­باشد.

المصادر:

[1]        R.T. Howard, M.Cohen "Austenite transformation above and within the martensite range", Trans AIME, Vol. 176, pp.4, 1948. 

 [2]       D.H. Kim, J.G. Speer, H.S. Kim, B.C. De Cooman, "Observation of an isothermal transformation during quenching and partitioning processing", Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 40, pp. 2048-60, 2009.           

[3]        A. Navarro-Lopez, J. Sietsma, M.J. Santofimia, "Effect of prior athermal martensite on the isothermal transformation kinetics below M_s in a low-C high-Si steel", Metallurgical and Materials Transactions A, Vol.47, pp. 1028-39, 2016.     

[4] ع. یزدی­زداه خلیلی، ص. قاسمی، ح. م. کریمی، م. مصلایی­پور، "بررسی تاثیر نامتعارف میکروساختارهای دوفازی فریتی- بینیتی بر اصلاح خواص مکانیکی فولاد کم‌آلیاژ MO40 در مقایسه با شرایط تمام بینیتی"، مجله مواد نوین، جلد 10، شماره 1، پاییز 98.     
           

 [5]        E.P. Da Silva, D. De Knijf, W. Xu, C. Fjer, Y. Houbaert, J. Sietsma, et al. "Isothermal transformations in advanced high strength steels below martensite start temperature", Materials Science and Technology, Vol.31, pp. 808-16, 2015.

[6]         S. Samanta, P. Biswas, S. Giri, S.B. Singh, S. Kundu, "Formation of bainite below the M_s temperature: Kinetics and crystallography", Acta Mater. Vol. 105, pp. 390-403, 2016.   

 [7]        Y.H. Jiang, R.F. Zhou, D. Lu, Z.H. Li, "Microstructures and properties of a bainite and martensite dual-phase cast steel fabricated by combination of alloying and controlled cooling heat treatment", Materials Science Forum, Vol. 475, pp. 93-6, 2005.      

[8]         S.M.C. Van Bohemen, M.J. Santofimia, J. Sietsma, "Experimental evidence for bainite formation below M_s in Fe-0.66C", Scripta Materialia, Vol. 5, pp. 488-91, 2008.         

[9]         I.A. Yakubtsov, G.R. Purdy, "Analyses of transformation kinetics of carbide-free bainite above and below the athermal martensite-start temperature", Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 43, pp. 437-46, 2012.        

[10]       J.C. Hell, M. Dehmas, S. Allain, J.M. Prado, A. Hazotte, J.P. Chateau, "Microstructure-properties relationships in carbide-free bainitic steels", ISIJ International, Vol. 51, pp. 1724-32, 2011.

 [11]      J. Sun, H. Yu, S. Wang, Y. Fan, "Study of microstructural evolution, microstructure-mechanical properties correlation and collaborative deformation-transformation behavior of quenching and partitioning (Q&P) steel", Materials Science and Engineering: A, Vol. 596, pp. 89-97, 2014.    

 [12]      F. HajyAkbary, J. Sietsma, G. Miyamoto, N. Kamikawa, R.H. Petrov, T. Furuhara, et al. "Analysis of the mechanical behavior of a 0.3 C-1.6 Si-3.5 Mn (wt%) quenching and partitioning steel", Materials Science and Engineering: A, Vol. 677, pp.505-14, 2016.       

 [13]      D. Kim, J.G. Speer, B.C. De Cooman, "Isothermal transformation of a CMnSi steel below the M_s temperature", Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 42, pp. 1575-85, 2011.      

 [14]      M. Oka, H.Okamoto, "Swing back in kinetics near M_s in hypereutectoid steels", Metallurgical and Materials Transactions A, Vol.19, pp. 447-52, 1988.

 [15]     L. Zhao, L. Qian, J. Meng, Q. Zhou, F. Zhang, "Below-M_s austempering to obtain refined bainitic structure and enhanced mechanical properties in low-C high-Si/Al steels", Scripta Materialia, Vol.112, pp.96-100, 2016.      

 [16]     J. Feng, T. Frankenbach, M.Wettlaufer, "Strengthening 42crmo4 steel by isothermal transformation below martensite start temperature', Materials Science and Engineering: A, Vol.683, pp. 110-5, 2017.      

 [17]     J. Tian, G. Xu, M. Zhou, H.Hu, "Refined Bainite Microstructure and Mechanical Properties of a High Strength Low Carbon Bainitic Steel Treated by Austempering Below and Above M_s", Steel Research International, Vol. 89, pp. 1-10, 2018.          

 [18]     Y. Toji, H. Matsuda, D. Raabe, "Effect of Si on the acceleration of bainite transformation by pre- existing martensite", Acta Materialia, Vol. 116, pp. 250-6, 2016.      

[19]      M. Somani, D. Porter, L. Karjalainen, D. Misra, "on the decomposition of austenite in a high-silicon steel during quenching and partitioning", Materials Science and Technology, Vol. 28  pp. 1013-20,  2012.

 [20]     X.Y. Long, J. Kang, B. Lv, F.C. Zhang, "Carbide-free bainite in medium carbon steel", Materials & Design, Vol. 64, pp.237-45, 2014.     

[21]      X. Tan, Y. Xu, X. Yang, D. Wu, "Microstructure – properties relationship in a one-step quenched and partitioned steel", Materials Science & Engineering A, Vol. 589, pp. 101-11, 2014.

[22]      R. Jafari  S. Kheirandish  S. Mirdamadi, "Effects of partitioning parameters in quenching and partitioning on microstructure and mechanical properties of an ultra-high low- alloy steel", Materials Science and Engineering Technology,  Vol. 49, pp. 1381-91,  2018.

[23]      D. Krizan, B.C.De, "Analysis of the Strain-Induced Martensitic Transformation of Retained Austenite in Cold Rolled Micro-Alloyed TRIP Steel", Steel research international, Vol. 79, pp. 513-22, 2008.

 [24]     E.D.E. Moor, S. Lacroix, A.J. Clarke, J. Penning, J.G. Speer, "Effect of Retained Austenite Stabilized via Quench and Partitioning on the Strain Hardening of Martensitic Steels", Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 39, pp. 2586-95, 2008.