Efecto de los parámetros de laminación y post-tratamiento térmico por inducción en la mejora de propiedades mecánicas de aceros microaleados.
Palabras clave : 
Laminación en caliente.
Tratamiento térmico por inducción.
Aceros microaleados.
Mecanismos de endurecimiento.
Hot rolling.
Microstructure.
Fecha de publicación: 
2017
Fecha de la defensa: 
15-dic-2017
Editorial : 
Servicio de Publicaciones. Universidad de Navarra
Resumen
High Strength Low Alloy (HSLA) steels are widely used in many industrial sectors such as, infrastructure edification, automotive and naval industry. These sectors demand materials that meet different requirements, which change depending on the application. In response to the demands imposed by the market, nowadays there is a severe control over the composition of the material the process parameters, which are the main factors controlling the microstructure and therefore, the mechanical properties of the material. That is the main reason why the relationship between process parameters, microstructure and mechanical properties must be studied. This thesis is framed in three research projects. “Desarrollo de las bases metalúrgicas para la simulación numérica de los procesos de laminación y el desarrollo de aceros AHSS de tercera generación”(PI-2014-1-129) financed by the Basque Government, “Nanometer-sized particle hardening of structural steels” (MAT2012-31056) financed by the Ministry of Economy and Competitiveness of Spain and “Virtual Rolling Mill” (RFSR-CT 2013-00007) of the European RFCS program. The latter has been carried out in a consortium of several universities, research centers and European companies. In all the projects, three steels with the same content of carbon but with different amount of niobium, molybdenum and titanium have been used. Firstly, the effect of the composition and the different process parameters on the mechanical properties of the hot rolled sheet coils have been studied. With that purpose, plane strain compression tests have been carried out with all the microalloyed steels of the study, modifying the coiling temperature. From the obtained samples, the generated microstructures have been analyzed via different characterization techniques: optical microscopy, field emission gun scanning electron microscopy (FEG-SEM), transmission electron microscopy (TEM) and electron backscatter diffraction (EBSD) technique. Tensile and Charpy specimens have been machined from the plane strain compression samples to analyze the effect of the coiling temperature on the tensile and toughness properties. Afterwards, with the obtained results from the microstructural analysis and the tensile tests, the contributions of every strengthening mechanisms (solid solution, grain size, dislocation density, presence of secondary phases and fine precipitation) have been estimated for each condition of composition and coiling temperature. Likewise, an equation to predict the impact transition temperature has been developed which takes into account the effect of microstructural heterogeneity and the presence of hard secondary phases such as MA islands. Moreover, with the aim of exploring the possibility of achieving an additional microstructural refinement, the influence of the time between the last deformation pass and the accelerated cooling has been studied. Therefore, plane compression tests have been carried out modifying the final coiling temperature and the time between last deformation pass and accelerated cooling. Furthermore, in order to have a better understanding of the link between the variation of holding time and restoration processes, stress relaxation tests have been performed. In a second part, the chance of improving the tensile properties of hot rolled plates by fast induction heat treatment has been explored. Firstly, a dilatometry study has been carried out to analyze the influence of the microstructure prior to the treatment and the temperature and the holding time of the induction heat treatment. Then, plane strain compression tests have been carried out to analyze the influence of the heat treatment temperature and the microstructure prior to the treatment on the mechanical properties. Finally, as in the previous section, the contribution of each strengthening mechanisms to the yield strength has been determined for all the conditions and the ITT estimation equation developed for the hot rolled sheet coils has been applied.
El uso de aceros microaleados es común en sectores industriales como la construcción de infraestructuras, la automoción, energía o la industria naval. Dichos sectores demandan materiales que cumplan diversos requisitos que varían en función de la aplicación. Como respuesta a las demandas impuestas por el mercado, hoy en día hay un férreo control sobre la composición y los parámetros de proceso, ambos, factores que controlan la microestructura generada y por lo tanto, las propiedades mecánicas finales del producto. Es por ello que se debe profundizar en la relación entre los parámetros de proceso, la microestructura y las propiedades mecánicas. El presente trabajo está enmarcado dentro de tres proyectos de investigación. “Desarrollo de las bases metalúrgicas para la simulación numérica de los procesos de laminación y el desarrollo de aceros AHSS de tercera generación” (PI-2014-1-129) financiado por el Gobierno Vasco, “Nanometer-sized particle hardening of structural steels” (MAT2012-31056) financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad y “Virtual Rolling Mill” (RFSR-CT 2013-00007) del programa europeo RFCS. Este último, llevado a cabo en un consorcio de varias universidades, centros de investigación y empresas europeas. En todos los proyectos se han utilizado tres aceros con el mismo contenido en carbono, pero microaleados con distintas cantidades de niobio, molibdeno y titanio. En una primera parte, se ha analizado el efecto de la composición química y de distintos parámetros de proceso sobre las propiedades mecánicas de bobinas de chapa laminadas en caliente. Para ello, se han realizado ensayos de compresión plana con tres aceros microaleados, variando la temperatura de bobinado. A partir de las probetas obtenidas, se han analizado las microestructuras generadas en cada caso, utilizando para ello técnicas de microscopía óptica y electrónica (FEG-SEM y TEM), así como EBSD. De las mismas probetas de compresión plana, se han mecanizado probetas de tracción y Charpy, para analizar los efectos de la temperatura de bobinado sobre las propiedades de resistencia y tenacidad. Posteriormente, con los resultados obtenidos de los análisis microestructurales y de propiedades mecánicas realizados, se ha determinado para cada condición, cuál es la contribución de cada uno de los mecanismos de endurecimiento (solución sólida, tamaño de grano, densidad de dislocaciones, precipitación y presencia de segundas fases) en el límite elástico. Asimismo, se ha desarrollado una ecuación con la que predecir la temperatura de transición dúctil-frágil en aceros microaleados, que tiene en cuenta la heterogeneidad de la microestructura y la presencia de segundas fases frágiles. Por otro lado, con la finalidad de explorar la posibilidad de conseguir un afino microestructural adicional, se ha estudiado la influencia del tiempo de mantenimiento entre la última pasada de deformación y el enfriamiento acelerado previo a la etapa de bobinado. Se ha estudiado su efecto sobre la microestructura y las propiedades mecánicas, para lo que se han realizado ensayos de compresión plana, variando los tiempos de mantenimiento, para poder después mecanizar probetas de tracción y Charpy. Por último, se han realizado ensayos de relajación en el dilatómetro con los que se ha profundizar en los procesos de restauración que tienen lugar durante el tiempo de mantenimiento. En una segunda parte, se ha estudiado la posibilidad de mejorar las propiedades de resistencia de chapas gruesas laminadas en caliente mediante la aplicación de tratamientos térmicos de inducción de muy corta duración. Primeramente, se ha realizado un estudio mediante dilatometría, donde se ha analizado la influencia de la microestructura previa a la aplicación del tratamiento y la temperatura y tiempo de tratamiento. Una vez seleccionadas las mejores condiciones se han realizado ensayos de compresión plana, donde se han desarrollado dos vías de estudio. Por un lado, se ha estudiado el efecto de la temperatura de tratamiento térmico de inducción sobre microestructuras bainíticas en los tres aceros utilizados en este trabajo. Por otro lado, se ha estudiado el efecto del tratamiento térmico sobre distintas microestructuras para el acero microaleado con titanio y molibdeno. Siguiendo la misma metodología que en el apartado anterior, se ha determinado la contribución de cada mecanismo de endurecimiento sobre el límite elástico y se ha aplicado la ecuación de estimación de la ITT desarrollada para el caso de bobinas de chapa laminadas en caliente.

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