Thermal Stability and Mechanical Properties of Bainitic Steel

Abstract

För materialdesign är det viktigt att förstå och att kunna säkerställa sambanden mellan framställningen av stålet, den resulterande mikrostrukturen och hur detta korrelerar med stålets egenskaper. Huvudfokus i denna avhandling har varit att öka just denna kunskap, särskilt för låglegerade bainitiska stål med medelhögt till högt kolinnehåll. Denna kunskap kan användas för att optimera materialegenskaperna för att i sin tur optimera prestandan hos slutprodukten. Kunskapen kan också användas för att uppnå en bättre och mer effektiv process och där igenom bidra till bättre hållbarhet. Vidare är det viktig kunskap när betydande förändringar i en befintlig produktion krävs eller påskyndas till följd av förändringar i regelverk ofta drivet av ökande krav/efterfrågan på mer hållbara processer. Detta kan även kräva ytterligare förändringar i en eller flera av processerna för att komponenterna ska bibehålla sina ursprungliga egenskaper och prestanda.

Denna avhandling har ingående undersökt effekterna av austempereringstemperaturer och kolhalt, där strukturen hos de bainitiska stålen karakteriserats och de olika bidragen till materialets hårdhet undersökts. Bidragen som undersökts är kornstorlek, dislokationsdensitet, utskiljningar och inlösta legeringsämnen. Bidragen karaktäriserades genom ett omfattande experimentellt arbete i kombination med kompletterande termodynamiska beräkningar. Vidare undersöktes effekterna av anlöpning och jämfördes med vart och ett av de olika hårdhetsbidragen. För de undersökta stålen stod effekterna från en varierande kolhalt i fokus. Detta eftersom kolet spelar en mycket viktig roll i stålet, speciellt när övriga legeringshalter är låga. Effekterna från den varierande kolhalten på både de mekaniska egenskaper och stålets mikrostrukturen undersöktes. Det visades att dislokationsdensiteten och grovleken hos den bainitiska mikrostrukturen påverkas av austempereringstemperaturen. Det var dock endast dislokationstätheten som påverkades av austempereringstid och slutsatsen var att minskning i dislokationsdensitet var huvudorsaken till hårdhetsminskningen under anlöpning upp till 375 °C. Vidare visades att en ökning av kolhalten också ökade hårdheten hos bainiten och förbättrade anlöpningsmotståndet något vid kortare anlöpningstider. En ökande kolhalt resulterade också i längre austempereringstider för att nå en helt bainitisk struktur, speciellt vid de lägre austempereringstemperaturerna.

Slutligen, för att bättre förstå den bainitiska mikrostrukturen och dess omvadling relaterad till austempereringstemperatur, undersöktes de kristallografiska relationerna i bainiten. Detta gjordes genom en detaljerad elektronbackscatter-diffraktion och analys av variantpar. Undersökningarna utfördes över austempereringstemperatur området för den bainitiska omvandlingen, i låglegerade stål med varierande kolhalt. Variantparen korrelerads sedan till dess motsvarande bainitiska mikrostruktur. Man kunde dra slutsatsen att variantparen har två distinkta skiften när austempereringstemperaturen ökades i stålet med medelhög kolhalt. Detta skiljer sig från litteraturen där det vanligtvis hänvisas till två typer av bainit, lägre och övre bainit. Vidare visades att en kontinuerlig ökning av variantpar inom samma Bain-grupp kunde observeras med ökande austempereringstemperatur. Det observerades också att avvikelsen från det teoretiska orienteringsförhållandet Kurdjumov–Sachs ökade linjärt med en ökande austempereringstemperatur för bainit.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-320871