Modelización de la microestructura tras la transformación austenita-ferrita en aceros microaleados. Influencia de la heterogeneidad microestructural en la tenacidad

Resumen

La producción de acero mediante colada Continua y Laminación Directa de Planchón Delgado (Thin slab casting) es una técnica reciente que ha hecho posible una significativa reducción de costes en la fabricación de productos delgados, especialmente en cuanto a gasto de energía, viene a sustituir a la tecnología convencional clásica, donde se realizan las etapas de colada y de laminación en plantas separadas. Sin embargo, este ahorro energético debe compensarse, para mantener las mismas propiedades mecánicas, con la microaleación, principalmente de Nb, Ti o v. Esto puede conducir, en algunas circunstancias, a una gran heterogeneidad en la microestructura del producto final, lo cual es obligado evitar en la medida de lo posible. Para predecir posibles heterogeneidades microestructurales, el tamaño de grano medio no es un parámetro adecuado, por lo que se ha optado en el presente trabajo, como principal novedad, la modelización e los procesos definiendo la microestructura a través de la distribución de tamaños de grano, lo cual permite predecir las posibles heterogeneidades microestructurales. Esta tesis es una prolongación de estudios anteriores realizados en el CEIT. En esta línea, el trabajo se ha basado en un modelo anterior que predice la evolución microestructural de la austenita durante la laminación, se ha desarrollado un modelo que permite predecir la distribución de tamaños de grano de ferrita tras la transformación austenita-ferrita. uniendo ambos modelos, se logra predecir la distribución de tamaños de grano de ferrita a partir de la composición del acero y las variables del proceso (deformación total, distribución de deformaciones por pasada, temperatura de laminación....). El modelo será una excelente herramienta para estudiar la influencia de la composición del acero, por un lado, y de las variables del proceso de laminación (deformación aplicada, temperatura...), por otro. Permitirá predecir posibles heterogeneidades en la microestructura de ferrita final. Finalmente, se establecerá una relación entre las heterogeneidades microestructurales y la tenacidad, dada la dependencia de la microestructura en las propiedades mecánicas. De esta relación, se podrá estimar la tenacidad del material a partir de las predicciones obtenidas por el modelo propuesto. Thin slab Casting production is a new technology that significantly reduces thin producís production costs, especially due to energy consume. This technology is replacing the conventional production, where casting and rolling are done separately. Nevertheless, in spite of this economic gain, microalloying of Nb, Ti or v is necessary in order to maintain mechanical properties. in some cases, this can lead to microstructural heterogeneities, which have to be avoided. These microstructural heterogeneities cannot be predicted considering the mean grain size as a microstructural parameter. Thus, in this study, the microstructure will be defined by the grain size distribution instead of the mean grain size. consequently, microstructural heterogeneities can be predicted. This Ph. D. Thesis completes recent studies developed in the CEIT. in fact, it is based on a model that predicts austenite grain size distributions during rolling. in this study, a model that predicts the ferrite grain size distribution resulting after the austenite-to-ferrite transformation from austenite grain size distribution has been developed. if both models are considered (austenite microstructure evolution during rolling and austenite-to-ferrite transformation), it will be possible to obtain the ferrite grain size distribution of the final product taking into account the steel composition and rolling parameters (total reduction, reductions distribution during rolling, rolling temperatures...). So, the model will be a useful tool to study the effect of steel composition and production parameters (total reduction, temperatures...). And, therefore, microstructural heterogeneities can be predicted in the final product, in order to predict mechanical properties. Finally, considering the importance of microstructure on mechanical properties, the effect of microstructural heterogeneities toughness will be studied. Consequently, toughness can be predicted from model predictions. La production d'acier par Coulée Continué et Laminage Direct de Brame Minee (Thin slab Casting) est une technologie récente qui a permis une reduction sigm'ficative des couts dans la fabrication de produits plats, dü surtout á la consommation d'énergie. Elle substitue la technologie conventionnelle classique, oü les étapes de coulée et laminage se déroulent separément. cependant, méme si la technologie permet une économie d'énergie, pour maintenir les mémes propriétés mécaniques que dans la technologie classique, le microalliage au Nb, Ti ou V sera nécessaire. Ceci peut conduire, dans certaines circonstances, á une grande hétérogénéité dans la microstructure du produit final, ce qui doit étre evité dans la mesure du possible. Pour prédire ees possibles hétérogénéités microstructurelles, la taille moyenne de grain n'est pas un paramétre convenable. C'est pour cela que dans cette étude, une nouveauté va étre introduite: la microstructure sera définie para la distribution de tailles de grain au lieu de la taille de grain moyenne, ce qui permettra de prédire les hétérogénéités microstructurelles. Cette thése doctórale est un prolongement d'études precedentes développées au CEIT. Ainsi, le travail se base sur un modele qui prédit 1'evolution microstructurelle de 1'austenite pendant le laminage. Il s'agit d'un modele qui permet de predi re la distribution de tailles de grains de ferrite á partir de la distribution de tailles de grains d'austénite aprés la transformation austénite-ferrite. Si les deux modeles sont unis (le précédent et celui qui est présente dans ce travail), il sera possible d'obtenir la distribution de tailles de grains de ferrite dans le produit final á partir de la composition de l'acier et des paramétres de laminage (réduction totale, distribution des réductions pendant le laminage, température de laminage...). Ainsi, le modele sera un outil excetlent pour étudier l'influence de la composition de l'acier et des variables de production (réduction apliquée, températures...). ceci permettra de predi re les hétérogénéités dans la microstructure finale, afin de déduire les propriétés mécaniques du produit final. Enfin, due l'importance de la microstructure dans les propriétés mécaniques, une étude sera réalisée afin d'établir un rapport entre les hétérogénéités de la microstructure de ferrite et la ténacité. De ceci, il sera possible d'estimer la ténacité du matériau á partir des prédictions du modele proposé. zuzeneko ijezketaz (Galdaketa Jarraipena eta Produktu Meheen Ijezketa) altzairu ekoizpena (Thin Slab Casting) teknologia berria da. Teknologia berri honek ekoizteko kostuak murriztarazi ditu, batez ere energia kontsumoa. Teknologia klasikoan, galdaketa eta ijezketa bananduta egiten dirá; askotan bi lantegi desberdinetan; ijezketa zuzenean, al diz, al di berean gertatzen da. Hala ere, energia aurrezki ñau orekatu beharko da bukaerako produktuaren ezaugarriak lortzeko. portaera mekaniko berdinak mantentzearren, Nb, Ti edo v altzairu mikroaleatuak erabiliz. Baldintza batzuetan heterogeneotasunak handiak ager daitezke irteerako produktuan eta hori saihestu beharko da. Mikroegituraren heterogeneotasunak aurretik jakitearren, batezbesteko ale-tamaina ez da parámetro aproposena; beraz, erabaki da ale-tamaina distribuzioak erabiltzea. Horrekin, berritasun bat denez, heterogeneotasunak aurretik jakin daitezke. Tesis hau CElTen egindako aurreko ikerketen jarraipena da. Ildo honetan, lan hau ijezketan zehar austenitaren mikroegituraren bilakaerako ereduan oinarritzen da. Austenita-ferrita transformazioaren ondorengo azken ferrita ale-tamainaren distribuzioa aurresateko eredu bat garatu da. Bi eredu hauek elkartuz, altzairuaren konposaketa eta prozesuaren parametroak hartuta (deformazio totala, ijezketa-tenperatura...) azken produktuko ferrita ale-tamainen distribuzioa aurresatea lortuko da. Eredua altzairuaren alde batetik konposaketa eta bestetik ijezketaren aldagaien (aplikatutako deformazioa, tenperaturak....) eragina aztertzeko tresna bikaina izango da. Ferrita mikroegituraren heterogeneotasunak aurresango ditu. Azkenean, mikroegituraren eta portaera mekanikoaren "lotura denez gero, mikroegituraren eragina zailtasunean aztertuko da. Beraz, proposatutako eredua erabiliz, zailtasuna aurretik jakin daiteke.