KUVA 1. TRIP-avusteisten (a) ja Q&P-terästen (b) lämpökäsittelyreittejä. Ferriitti-austeniitti kaksifaasialueen rajat on merkitty A1 ja A3 –lämpötiloilla. Bs on
bainiittimuutoksen alkamislämpötila. Ms ja Mf ovat martensiitin muodostumisen alkamis- ja loppumislämpötilat.
ti-austeniittikaksifaasialueella tai kokonaan austeniittisella
alueella, jonka jälkeen nauha jäähdytetään suhteellisen
nopeasti matalampaan pitolämpötilaan. TRIP-avusteisten terästen
tapauksessa pito tehdään bainiittimuodonmuutoksen
ja martensiittimuutoksen alkulämpötilojen välisellä alueella.
Q&P-terästen ollessa kyseessä, teräsnauha karkaistaan ensin
martensiittimuutoslämpötilan alapuolelle ja vasta sitten tehdään
pitokäsittely, jonka englanninkielinen nimitys on partitioning.
Kuvassa 1 on esitetty kylmävalssatuille TRIP- ja
Q&P-teräksille tyypilliset lämpökäsittelyt.
Molemmissa kuvan 1 tapauksissa jäännösausteniitin stabilointi
perustuu hiilen jakautumiseen austeniittiin. TRIP-terästen
kohdalla tämä tarkoittaa ferriitin raerajoilla muodostuneiden
jäännösausteniittisaarekkeiden stabilointia hiilellä
austemperoinnin aikana ennen jäähdytystä huoneenlämpötilaan.
Q&P-terästen ideaalitilanteessa 8 hehkutuksen ja
välikarkaisun jälkeinen mikrorakenne sisältää martensiittia
sekä vielä muuttumatonta austeniittia. Kun teräs uudelleenlämmitetään
pitolämpötilaan, on hiilen mahdollista siirtyä
martensiittisäleistä niiden viereiseen austeniittiin nostaen
sen hiilipitoisuutta. Näin ollen, molemmissa terästyypeissä
jäännösausteniitin tasapainottaminen huoneenlämpötilaan
perustuu hiilipitoisuuden kasvuun, jonka seurauksesta martensiittimuutoksen
alkamislämpötila laskee paikallisesti nollan
celsiuisasteen alapuolelle. Martensiittimuutos ei tapahdu
KUVA 2. Vetokoenäytteistä mitatut
tosi murtovenymät (TFS) todellisen
tasavenymän funktiona.
teräksen tavanomaisessa käyttölämpötilassa,
mutta voi toisaalta
muuttua martensiitiksi mekaanisen
työstön vaikutuksesta. Viimeksi
mainittua kutsutaan TRIP-ilmiöksi.
TRIP-nimitystä käytetään ilmiöstä,
jossa faasimuutos metastabiilista
austeniitista martensiitiksi
saa aikaan lujuuden kasvun työstökarkenevuuden
periaatteella. Toisin
sanoen, materiaalin lujuus kasvaa
muovausasteen noustessa, mikä
on erittäin hyödyllistä energian absorptiota
vaativissa käyttökohteissa.
TRIP-ilmiön periaate on tunnettu jo yli 90 vuotta, mutta
laajemmin tunnetuksi se tuli 1960-luvun lopulla, kun Zackay
et al. 9 ensimmäisen kerran käyttivät kuuluisaksi muodostunutta
lyhennettä. Terästen kaupallinen hyödyntäminen alkoi
kuitenkin käytännössä vasta 1990-luvulla, kun ilmiö
yhdistettiin eräisiin tuon aikaisiin kaksifaasiteräksiin. Muun
muassa Nippon Steel Corporationin 10 tutkijat tekivät alalla
uraauurtavaa työtä.
Vaikka TRIP-terästen parissa on tehty tutkimusta jo vuosikymmeniä,
kaupalliset sovellukset ovat jääneet vähäisiksi
ennen nykyaikaisia DH- ja Q&P-teräksiä. GEN3 AHSS –tutkimuksen
ja kehityksenä myötä jäännösausteniittia sisältävät
teräkset ovat herättäneet uutta mielenkiintoa terästutkimusyhteisössä,
joskin vetyhauraus- ja sulametallihaurausilmiöt vaativat
edelleen tutkimuspanostusta etenkin, kun ylitetään 1000
MPa murtolujuusluokka 11. Haasteiden ratkaisua edesauttaa,
että lisääntyneen ympäristötietoisuuden myötä metallinjalostajat
ovat ottaneet aikaisempaa suurempia haasteita vastaan
ja ovat lisänneet kehityspanostusta alalle.
Kokeellinen osuus
Tampereen yliopistossa tehdyn väitöstutkimuksen kokeellisessa
osuudessa testattiin hypoteesia, että jäännöausteniitti
on mahdollista tasapainottaa huoneenlämpötilassa esiinty-
10 • OHUTLEVY 1/2021 www.ohutlevy.com
/www.ohutlevy.com