Exploitation of the synergetic effect of Mo and Nb on high strength quenched and tempered boron steels

Resumen

En respuesta a los exigentes requisitos del mercado en términos de resistencia y tenacidad, los planchones gruesos y las tuberías suelen ser templadas y revenidas (Q&T) para varias aplicaciones. En cuanto a la producción de estos aceros de alta resistencia, el proceso de temple directo ofrece ventajas operativas y económicas en comparación con la ruta de temple convencional. En esta tesis se evalúa la aplicabilidad de la estrategia de temple desde el punto de vista de microestructura y propiedades mecánicas. Además, la adición de boro como elemento de aleación es una práctica común en aceros de alta resistencia para asegurar la templabilidad y promover microestructuras bainíticas y martensíticas. En algunos casos, la adición de boro no es suficiente para asegurar la formación de una microstructura completamente martensítica. Es por ello por lo que en determinadas ocasiones, se requiere de la adición de Nb y Mo para aumentar la eficiencia del boro. El trabajo presentado en esta tesis, es un proyecto industrial desarrollado gracias a la colaboración de la Asociación Internacional del Molibdeno (IMOA) y la acería alemana Dillinger. Esta tesis se centra en el estudio de la adición de Nb, Mo y NbMo en aceros al boro de medio carbono en términos de microestructura y propiedades mecánicas. Los resultados extraídos durante este proyecto han sido útiles para el desarrollo de nuevos grados de acero que cumplen con los requisitos más exigentes del mercado. En base a los análisis y pruebas de laboratorio realizados en el marco de la presente tesis, Dillinger realizó recientemente algunos ensayos industriales, con resultados exitosos. Con el fin de analizar el impacto de la composición química, la estrategia aplicada sobre el comportamiento de conformado en caliente, la transformación de fase y las propiedades mecánicas, se han llevado a cabo varios tratamientos termomecánicos. Mediante diferentes ensayos de laboratorio, como torsión, dilatometría y compresión plana, se ha simulado el proceso de laminación en caliente ysu posterior temple y revenido. Este proyecto se divide en tres partes principales, cada una de las partes está en línea con los diferentes pasos que involucran un proceso industrial real. La primera parte se centra en el comportamiento de conformado en caliente de los aceros estudiados y se han llevado a cabo diferentes tipos de ensayos de torsión. Se han realizado ensayos de torsión multipasada para definir las temperaturas críticas como la temperatura de no-recristalización (Tnr). Además, se han llevado a cabo ensayos de torsión de doble pasada para analizar las cinéticas de recristalización estáticas y validar diferentes ecuaciones disponibles en la literatura. La segunda parte se centra en el análisis de transformación de fase. Se han realizado ensayos de dilatometría para simular las rutas de procesamiento de enfriamiento directo (DQ) y enfriamiento convencional (CQ) se y, a partir de las curvas de dilataciónobtenidas, se han construido diagramas de transformación de enfriamiento continuo (CCT). En la tercera parte de la tesis se ha analizado la relación entre la microestructura y las propiedades mecánicas resultantes. Para ello se han realizado ensayos de compresión plana para simular el temple (Q), así como el temple y posterior revenido (Q&T). A partir de las muestras obtenidas, se han mecanizado probetas de tracción y Charpy para analizar las propiedades de resistencia y tenacidad. En cuanto a las propiedades de resistencia, se ha cuantificado la contribución de diferentes mecanismos de endurecimiento (solución sólida, tamaño de grano, densidad de dislocación, carbono en solución sólida y precipitación fina) en el límite elástico. Asimismo, se ha evaluado el impacto de diferentes parámetros microestructurales en la tenacidad (tamaño de grano, solución sólida, densidad de dislocaciones, presencia de carburos, carbono en solución sólida, precipitación fina y heterogeneidad microestructural). Además, se ha desarrollado una ecuación existente capaz de predecir la temperatura de transición frágil-dúctil (ITT50%) para microestructuras martensíticas templadas y revenidas. En cuanto a la caracterización microestructural, las microestructuras obtenidas se han caracterizado utilizando técnicas avanzadas de caracterización, como microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido (FEG-SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). La caracterización microestructural se ha completado mediante la técnica de difracción de electrones retrodispersados (EBSD), con el fin de cuantificar los tamaños de las unidades cristalográficas y la densidad de dislocaciones.