Teräslajit. Huom. FeP01-06 = DC01-06

Transkriptio

1 Teräslajit Huom. FeP01-06 = DC01-06

2 Pehmeät muovattavat DC01 - DC06

3 Pehmeät muovattavat DC06 = IF = Interstitial free = välisija-atomivapaa = ei C eikä N liuoksessa C ja N sidottuina Ti(CN) tai (TiNb)(CN)

4 Pehmeät muovattavat

5 Pehmeät muovattavat ylemmassa myötörajassa Y 10 mm alemmassa myötörajassa A Y A Myötöjuovat => huono ulkonäkö

6 Muovattavat: vanhenemisen hallinta Pääosin hiilen aiheuttamaa Hiili (ja typpi) liuoksessa diffundoituu dislokaatioihin ja lukittaa ne Koostumus IF teräkset, stabilointi Ti ja/tai Nb:n avulla: C ja N sidottuina karbideissa Vain Ti, Ti = 4 %C %N %S Ti+Nb Ti = 3.42 %N %S ja Nb = 7.75 %C Hehkutusparametrit Optimaalinen jäähdytys hehkutuslämpötilasta hidas jäähdytys 700ºC:n (C n. 200 ppm), suihkujäähdytys ºC, käytännössä C Ei mahdollista sinkityslinjassa, Jälkivalssaus Plastinen venymä tuottaa uusia dislokaatioita, jotka ovat vapaita hiilestä ja typestä. (Jos teräs on vanhenevaa, eli C ja N liuoksessa, ylempi myötölujuus ja myötöjuovat palautuvat ajan myötä kun C ja N diffundoituvat takaisin dislokaatioihin, jopa huoneen lämpötilassa. Tästä termi vanheneminen on peräisin.)

7 Vanhenemisen hallinta: jälkivalssaus Ilman jälkivalssausta jälkivalssattu = temper-rolled

8 Lujat muovattavat ohutlevyteräkset David Porter

9 Ohutlevyjen rekristallisaatio Kylmävalssauksen jälkeen ohutlevyn rakeet ovat täyttyneet dislokaatioilla, materiaali on muokkauslujitettuna (myötö- ja murtolujuus nousseet), ja sen muovattavuus (esim. murtovenymä) heikentynyt. Lähes kaikki ohutlevytuotteet toimitetaan hehkutettuina siten että kylmämuokkattu rakenne on rekristallisoituneena. Rekristallisaatiossa uusia, lähes dislokaatiovapaita rakeita, muodostuu, joka johtaa siihen, että lujuus laskee ja muovattavuus paranee.

10 Syvävedettävien ferriittisten terästen rekristallisaatio SEM-EBSD -kuvia teräksen kiillotetusta pinnasta. Epämääräiset alueet = Kylmämuokattuja rakeita. Tasaiset alueet = rekristallisoituneita rakeita Kylmävalssattu valssattuna Rekristallisoituneena Osittain rekristallisoitunut Bevis Hutchinson, KIMAB Rekristallisoitunut ϕ 2 =45

11

12

13 Ohutlevyjen rekristallisaatio Hehkutuslämpötila, jota tarvitaan rekristallisaatiolle riippuu kylmämuokkausreduktiosta, koostumuksesta ja kuumanauhan valmistusparametreista, erityisesti kelauslämpötilasta, joka määrää kuumanauhan erkaumien määrää ja kokoa.

14 Lämpötilan ja reduktion vaikutus Nbmikroseostetun teräksen rekristallisaatioon Rekristallisoitunut RX area (%) osuus, % % % 80 % Hehkutus lämpötila Hehkutuslämpötila 0.07C 0.4Si 0.6Mn 0.03Nb Lynes et al. 1994

15 IF-teräkset

16 Teräslajit: lujat IF-teräkset

17 Lujat IF-teräkset Liuoslujitettu P:n avulla (max 0.1%P) Parempi syvävedettävyys kuin HSLA Re Rm A80 r90 Raja D/d Paksuus H260PD (Low-C) , ,00 H260YD (IF) 294 MPa 402 MPa 34 % 1, ,00 mm

18 Lujat muovattavat

19 Teräslajit: HSLA = lujat muovattavat Huom. FeP01-06 = DC01-06

20 HSLA-terästen lujitusmekanismit Samat mekanismit kuin kuumanauhassakin Raekoon hienontaminen kuumavalssaus, kylmävalssaus ja hehkutusparametrit yhdessä teräksen koostumuksen kanssa (Hall-Petch yhtälö) Liuoslujitus Mn, (Mo), Si and P. P on tehokas hintansa takia. P heikentää iskuja murtumissitkeyttä, mutta ohutlevyissä iskusitkeys (murtumissitkeys) ei ole yleensä ongelmana ohuiden paksuuksien takia. Erkaumalujistus TiC ja NbC, karbonitridit

21 Lujat muovattavat teräkset. Nb:n ja kylmäreduktion vaikutus RX:oon hehkutuksessa

22 Lujat muovattavat teräkset: hehkutus 900 NbC-erkaumat kasvavat Erkaumalujituksen väheneminen Lämpötila ( C) Osittain rekristallisoitunut Kylmävalssausreduktion vaikutus Nb-pitoisuus Bleck, Junius, in Annealing Processes - Recovery, Recristallisation and Grain Growth

23 Lujat muovattavat teräkset

24 AHSS: Advanced High Strength Steel Monifaasiteräkset DP, CP, TRIP Autoteollisuuden tuotteita

25 DP-, CP- ja TRIP-teräkset Huom. FeP01-06 = DC01-06

26 AHSS-terästen lujitusmekanismit Samat mekanismit kuin lujat muovattavat: Raekoon hienontaminen kuumavalssaus, kylmävalssaus ja hehkutusparametrit yhdessä teräksen koostumuksen kanssa (Hall-Petch yhtälö) Liuoslujitus Mn, (Mo), Si and P. P on tehokas hintansa takia. Ohutlevyissä iskusitkeys (murtumissitkeys) ei ole yleensä ongelmana. Erkaumalujistus TiC ja NbC, karbonitridit Ja näiden lisäksi faasi -lujitus Ferriitistä osa korvataan epästabiileilla lujilla faaseilla, kuten bainiitti, martensiitti ja austeniitti. = komposiittirakenne (Huom. teräsalan slangissa käytetään sanaa faasi väärin: puhutaan monifaasiteräksiksistä. Bainiitti ei ole faasi vaan se koostuu kahdesta faasista: ferriitistä ja sementiitista Fe3C)

27 Monifaasiterästen erikoisominaisuudet Nimitys murtolujuuden perusteella ei myötölujuuden kuten muilla teräksillä DP-teräkset (Dual Phase) venytysmuovattavuus hyvä Tasavenymä (Ag), muokkauslujittuminen (n) ja Rp/Rm hyvät Lämpölujittuvat (BH 2 ), Leikatunreunan muovattavuus huono (huono HER) CP-teräkset (Complex phase) Leikatunreunan muovattavuus hyvä, reiänlaajennuskyky hyvä (HER) lämpölujittuvat BH 2 TRIP (Transformation Induced Plasticity) Energia-absortiokyky hyvä Ag, n, HER hyvät

28 Mikrorakenteet Kuvat Pasi Peura DP F+M (M valkoinen) CP F+B+A+M +mikroseostus TRIP F+B+A (B musta A valkoinen) F ferriitti, B bainiitti, A jäännösausteniitti, M martensiitti

29 Mikrorakenteet skemaattisesti M:n muodostus tuottaa dislokaatioita ympäröivään ferriittiin ja poistaa ylempää myötärajaa

30 DP-, CP- ja TRIP-terästen valmistus Kylmävalssauksen jälkeen rekristallisaatio ja pinnoitus HDGlinjalla Huippulämpötila ferriitti + austeniitti (F + A) -alueella säätää A:n määrää ennen jäähdytystä sinkkikylpyyn. Tämä A on rikastunut hiilellä ja muuttuu F:ksi, B:ksi ja/tai M:ksi jäähtymisen aikana Koostumus säätää missä määrin F, B, M muodostuu jäähdytyksessä sinkkikylvyssä tai jäähdytyksessä sinkkikylvyn jälkeen Mikroseostus säätää raekokoa ja erkautuslujitusta Yllä olevien tekijöiden lopputuloksena voi olla myös jäännösaustenittia huoneenlämpötilassa lopputuotteessa. Austeniitin stabilointiin käytetään alumiinia tai piitä (Al+Si noin 1,5%)

31 DP-, CP- ja TRIP-terästen valmistuksen tekijät

32 DP-teräkset Kylmävalssatun ferriitin rekristallisaatio Ferriitti osittain muuttuu austeniitiksi sinkkikylpy M:n muodostus

33 DP-teräkset

34 DP-teräkset

35 TRIP-teräkset

36 DP- ja TRIP-teräkset TRIP-nimitys:transformation-induced plasticity => A => M -muutos muokkauksen aikana Jatkuvaan muokkauslujittumiseen parempaan venytysmuovattavuuteen tai energia-absorptioon törmäyksessä

37 DP- ja TRIP-teräkset verrattuina HSLA-teräksiin M saarekkeet aiheuttavat voimakasta muokkauslujittumista Mikroseoslujitettu F:n muokkauslujittuminen pienempi TRIP-teräksissä A muuttuu M:ksi muokkauksen aikana ja aikeuttaa jatkuvaa muokkauslujittumista

38 TRIP-teräkset Suurempi turvallisuus (törmäysvastus) ja pienemmät CO 2 päästöt. Erittäin lujat teräkset vastaavat vaatimuksiin törmäysenergian absorption suhteen, kun lujuus yhdistyy hyvään sitkeyteen. Myös auton painoa voidaan keventää. TRIP teräksillä on paljon suurempi TEL% kuin DP teräksillä. Näitä teräksiä pidetään erittäin potentiaalisina materiaaleina. Ovat monifaasisia, joissa jännitykset laukeavat austeniitin muuttuessa vähitellen martensiitiksi myötymisen edetessä. ECSC 7210-P161 Optimization of microstructure in multiphase steels containing retained austenite (draft final report March 2003, RWTH Aachen).

39 Lämpölujittuminen (Bake hardening) Auton korin valmistuksessa maalit kovetaan lämpökäsittelemällä noin 170 C:ssa AHSS-teräkset saavat siinä lisälujuutta Liuoksessa oleva hiili diffundoituu dislokaatioihin ja lukitsee niitä samalla tavalla kuin myötövanhenemisessa...

40 Lämpölujittuminen (Bake hardening)

41 Ruukin metallipinnoitetut DP-, CP- ja TRIP-teräkset

42

43

44 Kehitteellä olevat TWIP- ja TRIP-teräkset

45 Kehitteellä olevat TWIP- ja TRIP-teräkset Austeniittisia teräksiä joissa korkeita Mn ja C-pitoisuuksia