Ανάπτυξη χαλύβων υψηλής αντοχής-χαμηλής κραμάτωσης, βασισμένων σε συνδυασμένες μικροκραματικές προσθήκες τιτανίου-βαναδίου

Abstract

High-Strength Low-Alloy Steels (HSLA) are widely used in the automotive industry due to their excellent mechanical properties, such as high tensile strength, toughness and formability. This study aims to correlate the micrographic characteristics with the mechanical properties of two novel experimental HSLA steel grades, characterized by overall controlled chemical compositions, based on the combined alloying of titanium and vanadium. Besides, extensive study and evaluation of the microstructure are achieved through electron microscopy techniques, aiming to observe the hardening mechanisms during the thermomechanical treatments carried out via a Gleeble 3500 system. More specifically, the combined effect of the different chemical compositions and the parameters controlling the treatments (finishing temperature, coiling temperature and cooling rate from the finishing to the coiling temperature) to the microstructure's evolution and consequently to the mechanical behaviour of the materials under study. The electron microscopy results demonstrate the successful control of the ferritic grain size after grain refinement and precipitation of secondary phases, mainly titanium and vanadium carbides. Attention is paid to the size, volume fraction, as well as the distribution of precipitates and their effect on the hardness of the two types of HSLA steel is investigated. Evaluating the present dissertation results, the optimal thermomechanical treatment for the production of hot forming products of experimental HSLA steel grades is determined, the chemical composition of which is based on the combined micro-alloy addition of titanium vanadium.

Οι χάλυβες υψηλής αντοχής – χαμηλής κραμάτωσης (High-Strength Low-Alloy Steels, HSLA) εφαρμόζονται ευρέως στην αυτοκινητοβιομηχανία, λόγω των εξαιρετικών μηχανικών τους ιδιοτήτων, όπως είναι η υψηλή αντοχή στον εφελκυσμό, η δυσθραυστότητα και η διαμορφωσιμότητα. Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η συσχέτιση των μικρογραφικών χαρακτηριστικών με τις μηχανικές ιδιότητες, δύο νέων πειραματικών τύπων χάλυβα HSLA, οι οποίοι χαρακτηρίζονται από ελεγχόμενες χημικές συστάσεις, βασισμένες στις μικροκραματικές προσθήκες τιτανίου και βαναδίου. Επιπρόσθετα, εκτενής μελέτη και αξιολόγηση της μικροδομής επιτυγχάνεται μέσω τεχνικών ηλεκτρονικής μικροσκοπίας, με στόχο την παρατήρηση των μηχανισμών σκλήρωσης που λαμβάνουν χώρα κατά τη διάρκεια των θερμομηχανικών κατεργασιών, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν μέσω συστήματος Gleeble 3500.Πιο συγκεκριμένα, διερευνάται η συνδυασμένη επίδραση που έχουν η διαφορετική χημική σύσταση και οι παράμετροι που διέπουν τις κατεργασίες (θερμοκρασία τελικής παραμόρφωσης, θερμοκρασία συσπείρωσης και ρυθμός απόψυξης από το στάδιο τελικής παραμόρφωσης στη συσπείρωση) στη διαμόρφωση της μικρογραφικής δομής και κατ’ επέκταση στη μηχανική συμπεριφορά των υπό μελέτη υλικών. Τα αποτελέσματα της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας καταδεικνύουν τον επιτυχημένο έλεγχο του μεγέθους των κόκκων του φερρίτη, μέσω της σκλήρωσης με εκλέπτυνση των κόκκων και μέσω κατακρήμνισης δευτερευουσών φάσεων, κυρίως καρβιδίων του τιτανίου και του βαναδίου. Ιδιαίτερη βάση δίνεται στο μέγεθος, στο κλάσμα όγκου, καθώς και στην κατανομή των κατακρημνίσεων σκλήρωσης και διερευνάται η επίδρασή τους στη σκληρότητα των δύο τύπων χάλυβα HSLA. Αξιολογώντας τα ευρήματα της παρούσας διατριβής, προσδιορίζεται ο βέλτιστος κύκλος θερμομηχανικών κατεργασιών για την παραγωγή προϊόντων θερμής διαμόρφωσης πειραματικών τύπων χάλυβα HSLA, η χημική σύσταση των οποίων βασίζεται στη συνδυασμένη μικροκραματική προσθήκη τιτανίου και βαναδίου.