Mekaanisten ominaisuuksien ja muovattavuuden näkökulmasta
Q&P-prosessointi vaikutti etenkin teräksen lujuustasoon
mikä havaittiin CP-terästyyppisinä ominaisuuksina
(kuva 2). TRIP-hehkutukseen verrattuna, Q&P-prosessoinnilla
oli mahdollista aikaansaada korkeampi lujuustaso etenkin
myötölujuuden osalta, joka nosti samalla myötösuhdetta.
Mikrorakennehavainnoista lujuustason nousulle oli luonnollinen
selitys: Q&P-prosessointi lisäsi martensiitin määrää lopullisessa
mikrorakenteessa. Kuvassa 5 on vertailtu TRIP- ja
Q&P-näytteiden mikrorakennetta. Molemmissa tapauksissa
teräksen matriisi on ferriittipohjainen, johtuen kaksifaasialueella
tehdystä hehkutuksesta, mutta Q&P-prosessoidussa
mikrorakenteessa on runsaasti enemmän päässyttä martensiittia.
Tämä on seurausta siitä, että välikarkaisun jälkeinen
uudelleenlämmitys ja pito aiheuttivat martensiitin päästön
ennen loppujäähdytystä. TRIP-hehkutetun näytteen tapauksessa
martensiitti-austeniitisaarekkeet olivat puolestaan karenneet
loppujäähdytyksessä.
Johtopäätökset
Työn tuloksena vastattiin jäännösausteniitin stabiilisuuteen,
lämpökäsittelyyn ja vanadiinin vaikutuksiin liittyviin tutkimuskysymyksiin.
Muovauksen ja mekaanisten ominaisuuksien
näkökulmasta vastauksista voitiin tehdä muun muassa
oheiset johtopäätökset.
Jäännösausteniitin stabilointi huoneenlämpötilan mikrorakenteeseen
oli mahdollista pii- ja alumiiniseostusta ja TRIPlämpökäsittelyä
käyttämällä. Erikseen tarkasteltuna osoitettiin,
että pii- oli tehokkaampi austeniitin stabiloija kuin
alumiini, vaikka alumiini nostikin vetokokeissa tasavenymää
piitä enemmän. Tasavenymän nosto ei tässä tapauksessa tulkittu
olevan seurausta TRIP-ilmiöstä vaan mikrorakenteen sisältämästä
hienorakeisesta ferriittistä. Johtopäätös pohjautui
havaintoon, että verrattain korkea tasavenymä oli mahdollista
saavuttaa ilman jäännösausteniittia.
Q&P-prosessoinnilla on mahdollista aikaansaada jäännösausteniittia
alumiiniseostettuun 0.09 paino-% hiiltä sisältävään
teräkseen. Pienellä, noin 3 tilavuus-%, jäännösausteniittimäärällä
ei tulkittu olleen merkittävää vaikutusta
teräksen tasavenymän ja n-arvon noston puolesta. Enemminkin
vaikutusta oli mikrorakenteen martensiittimäärällä, joka
nosti vetokoenäytteen myötösuhdetta ja murtolujuutta. Q&Pprosessointi
toisaalta johti paikallisen muodonmuutoskyvyn
ja TFS-arvon kasvuun, joka tarkoitti materiaalin kykyä vastustaa
plastista muodonmuutosta paikallisesti murtumatta.
Tämä nähdään yhtenä keinona parantaa erittäin lujien martensiittisten
terästen muovattavuutta.
Vanadiinimikroseostuksen lujittava vaikutus havaittiin,
mutta sitä käyttämällä jäätiin selvästi titaani- ja niobiummikroseostetuista
teräksistä mitattujen jäännösaustenittiipitoisuuksien
alapuolelle. Vanadiinimikroseostettujen terästen
muovattavavuusominaisuudet olivat enimmäkseen muuta
tyyppiä kuin tasapainotetut paikallinen-laaja muovattavuus.
Lämpökäsittelyreitistä ja koostumuksesta riippuen terästen
muodonmuutoskyky vastasi joko paikallista (reiänlaajennettavuus
ja taivutettavuus) tai laajaa (venytysmuovaus) muovattavuustyyppiä.
Toisaalta oli mahdollista saavuttaa myös
näiden kahden tyypin yhdistelmä, joka on teollisen kehityksen
ja GEN3 AHSS –terästen valmistuksen näkökulmasta
mielenkiintoisin konsepti. Tasapainotetuilla ominaisuuksilla
on mahdollista vastata tulevaisuuden teräskehityksen asettamaan
haasteeseen, jossa paremmin muovattava 980 MPa
luokan kaksifaasiteräs korvaa edellisen sukupolven 780 MPa
murtolujuusluokan teräksen.
Kiitokset
Väitöstutkimuksen tekijä kiittää Suomen Levymuovauksen
Yhteystyöryhmää FinDDRG ry:tä sekä Hämeen ammatillisen
korkeakoulutuksen ja tutkimuksen säätiötä työlle osoittamista
apurahoista. Kirjoittavat kiittävät Business Finlandia
terästutkimuksen tukemisesta. Tutkimuksen mikroseosaineiden
vaikutuksia ja Q&P-prosessointia käsittelevä osuus tehtiin
Business Finlandin rahoittamassa Intelligent Steel Applications
(ISA) –hankkeessa.
Lähdeluettelo
1 European Commission. CO₂ emission performance standards for cars and vans.
Saatavilla: https://ec.europa.eu/clima/policies/transport/vehicles/regulation_en
(Luettu: 23.6.2021)
2 Peura, P. & Oja, O. Autojen korirakenteissa käytettävät teräkset nyt ja lähitulevaisuudessa.
Ohutlevy-lehti. 2019.
3 World Steel News. SMS group modernizes thermal process technology at
ArcelorMittal’s continuous annealing line. Saatavilla: http://www.worldsteelnews.
com/sms-group-modernizes-thermal-process-technology-arcelormittalscontinuous
annealing-line/ (Luettu: 23.6.2021)
4 U.S. Department of Energy. Quenching and Partitioning Process Development
to Replace Hot Stamping of High-Strength Automotive Steel. Saatavilla: https://
www.energy.gov/sites/default/files/2019/03/f61/Quenching%20and%20Partitioning.
pdf (Luettu: 23.6.2021)
5 Bishop, B. The Beauty of Advanced High-Strength Steel. Iron & Steel Technology.
AIST. October 2019.
6 Baowu Open Innovation. Saatavilla: http://rd.baosteel.com/zypt//en/ability/see/
abilityDetailsBSSF5/1/318362afb3924a479c3bb4407ce48f6a (Luettu: 22.6.2021)
7 Wang, L. & Feng, W. Development and Application of Q&P Sheet Steels. Advanced
Steels. pp 255-258. 2011.
8 Speer, J., Matlock, D.K., De Cooman, B.C. & Schroth, J.G. Carbon partitioning into
austenite after martensite transformation. Acta Materialia. Vol. 51. Issue 9. pp.
2611-2622. 2003.
9 Zackay, V.F., Parker, E.R., Fahr, D. & Busch, R. The enhancement of ductility in highstrength
steels. ASM Trans Quart. Vol. 60. pp. 252. 1967.
10 Matsumura, O., Sakuma, Y., Ishii, Y. & Zhao, J. Effect of retained austenite on formability
of high strength sheet steels. ISIJ Int. Vol. 32. Issue 10. pp. 1110-1116. 1992.
11 Sierlinger, R. & Gruber, M. A Cracking Good Story About Liquid Metal Embrittlement
During Spot Welding of Advanced High Strength Steels. voestalpine Stahl
Gmbh. White Paper. 2020.
12 Oja, O., Saastamoinen, A., Patnamsetty, M., Honkanen, M., Peura, P. & Järvenpää,
M. Microstructure and Mechanical Properties of Nb and V Microalloyed
TRIP-Assisted Steels. Metals. Vol. 9. Issue 8. pp. 887. 2019. Saatavilla: https://doi.
org/10.3390/met9080887
13 Heibel, S., Dettinger, T., Nester, W., Clausmeyer, T. & Tekkaya, A.E. Damage
Mechanisms and Mechanical Properties of High-Strength Multiphase Steels. Materials.
Vol. 11. Issue 5. pp. 761. 2018.
Lisätietoja
Olli Oja
Puh. 050 314 3626
olli.oja@ssab.com
14 • OHUTLEVY 1/2021 www.ohutlevy.com
/doi
/
/regulation_en
/www.ohutlevy.com
link
