Interacion entre los procesos de ablandamiento y de precipitacion inducida por deformacion en aceros microaleados con niobio

Zusammenfassung

Titulo: Interacción entre los procesos de ablandamiento y de precipitación inducida por deformación en aceros microaleados con niobio RESUMEN: En los aceros microaleados la precipitación de carbonitruros inducida por deformación es un fenómeno que puede tener lugar durante el conformado en caliente de estos materiales interfiriendo con los procesos de ablandamiento estáticos que ocurren entre pasadas de deformación.%&/La fuerza impulsora para los procesos de ablandamiento disminuye con la anulación y reagrupamiento de las dislocaciones (restauración) y con la nucleación y crecimiento de nuevos granos, libres de dislocaciones, en la austenita deformada (recristalización). Al mismo tiempo, las dislocaciones proporcionan los lugares necesarios para la precipitación de carbonitruros de los elementos de microaleación. Estos precipitados inducidos por deformación afectan al movimiento de las dislocaciones debido a un fenómeno de anclaje. Si los procesos de ablandamiento se desarrollan antes de que la precipitación comience, el número de lugares para la nucleación de los precipitados se verá reducido y el comienzo de la precipitación se verá retrasado a tiempos más largos. Si por el contrario, la precipitación comienza antes o durante los procesos de ablandamiento, estos se retrasarán y/o se pararán. Dentro de los elementos de microaleación, el niobio es el elemento que mayor retraso produce sobre los mecanismos de ablandamiento, no sólo en forma de precipitado, sino también en solución. Debido a esto, los aceros microaleados con niobio se utilizan principalmente en la laminación controlada convencional. En este tipo de laminación se intenta lograr un material muy deformadoantes de la transformación, de forma que el tamaño de grano presente en el material, al final de su conformado, sea rino. Las nuevas rutas de producción de acero encaminadas a la reducción de costes, y basadas en la unión del proceso de colada del acero en formas semiacabadas con el proceso de laminación presentan importantes diferencias con respecto a las técnicas de procesado convencionales. Dentro de estas diferencias, las más importantes son: un mayor tamaño de grano de austenita previo a la laminación, una distribución de las segregaciones diferente y una mayor concentración de elementos en solución antes de empezar la laminación. Este último punto se traduce en una mayor fuerza impulsora para la precipitación en los nuevos procesos de conformado que en los convencionales. Dada la importancia del proceso de precipitación inducida por deformación a la hora de determinar las propiedades del material tras el proceso de conformado, el presente trabajo pretende ahondar en el conocimiento sobre los mecanismos que gobiernan este proceso, y principalmente, sobre su interacción con la restauración y recristalización estáticas. En este sentido se han empleado aceros microaleados con niobio y se ha empleado la deformación en caliente bajo torsión y la técnica de relajación de tensiones tras la deformación en caliente del material mediante compresión plana. A partir de estos ensayos se ha obtenido información acerca de las cinéticas de ablandamiento y del estado de la microestructura. La caracterización de la precipitación se ha realizado mediante microscopía electrónica de transmisión y mediante extracción química. Finalmente, se han comparado los resultados obtenidos con modelos empíricos propuestos en bibliografía y se ha desarrollado un modelo físico capaz de predecir la evolución microestructural que tiene lugar tras la deformación en caliente de aceros microaleados con Nb en términos de una contribución simultánea de los procesos de ablandamiento y precipitación se ha observado que, dentro de la sencillez del modelo, éste es capaz de describir de forma razonable las cinéticas de precipitación así como las de ablandamiento capturando la interacción esencial que se da entre ambos procesos. A temperaturas elevadas esta interacción se da principalmente entre recristalización y precipitación, siendo la interacción entre la restauración y la precipitación la que domina a bajas temperaturas. Interaction between softening processes and strain induced precipitation in niobium microalloyed steels Strain induced precipitation is a key phenomenon that can take place during hot rolling of microalloyed steels interacting with softening processes that happen between deformation passes. The driving force for softening processes is reduced through the rearrangement of dislocations (recovery process) and the nucleation of new grains, free of dislocations, growing in the deformed austenite (recrystallization process). At the same time, the dislocations provide preferential sites for the nucleation of carbonitrides of microalloying elements. These strain induced precipitates affect the movement of dislocations due to a pinning effect. That is, the deformation of microalloyed austenite sets the stage for the simultaneous processes of recovery, recrystallization and precipitation. If softening processes develop before precipitation occurs, the number of precipitate-nucleation sites (dislocations) will be reduced and the onset of precipitation retarded. In contrast, if precipitation occurs before or during softening processes, these will be retarded and eventually, halted. Amongst microalloying elements, niobium is known to be the most effective in retarding softening processes, not only asprecipitate, but al so, in sol id solution. Thus, niobium microalloyed steels are mainly used in conventional controlled rolling. The aim of this type of rolling is to produce a completely deformed material (not recrystallized) before the austenite to ferrite transformation, so that the grain size present in the material is fine at the end of the rolling process which is the only way to obtain a good combination of strength and toughness in low carbon microalloyed steels. The new steelmaking routes orientated to reduce manufacturing costs and based in the union of the process of near net shape casting and rolling (Direct Rolling), present important differences, from a metallurgical point of view, with respect to the conventional ones. Amongst these differences, the most important are: a larger austenite grain size before rolling, a different segregation distribution and a greater amount of alloying elements in solution. The latter means a greater driving force for precipitation in the new steelmaking routes than in conventional ones. Due to the importance of strain induced precipitation process establishing the mechanical properties of the final products, the aim of the present work is to deepen in the knowledge of the mechanisms that govern this process, and mainly, in the interaction between precipitation and static recovery and recrystallization. For this purpose niobium microalloyed steels have been tested using hot torsion and stress relaxation technique after hot plane compression. Deformation conditions have been selected in order to simulate conventional processes and the new trends in steelmaking. From these tests information about softening kinetics and microstructural evolution have been obtained. Transmission electron microscopy and chemical extraction measurements have been use for precipitation characterization. Finally, the data obtained have been compared with different empirical models proposed in the bibliography and a physical based model of the evolution of niobium microalloyed austenite following deformation has been developed. The main feature of the model is that takes into account the simultaneous contributions of recovery, recrystallization and precipitation processes. it has been observed that the model within its simplicity describes reasonably well precipitation kinetics as well as recrystallization and softening kinetics capturing the essential interaction between them. The interaction between recrystallization and precipitation dominates the microstructural evolution at high rolling-temperatures, being the interaction of precipitation and recovery important at low rolling-temperatures