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PhD Thesis, Lorena Sanz

Lorena Sanz

Lorena Sanz

Title: RELACIÓN MICROESTRUCTURA-PROPIEDADES MECÁNICAS EN ACEROS MICROALEADOS CON Nb-Ti Y DESARROLLO DE UNA HERRAMIENTA PARA LA RECONSTRUCCIÓN CRISTALOGRÁFICA DE LA AUSTENITA A PARTIR DE MICROESTRUCTURAS MARTENSÍTICAS

Defense Date: 29/09/2017

Director: Beatriz López Soria

Abstract

Hoy en día se exigen numerosos requerimientos a los aceros para diversas aplicaciones. En general, la principal demanda es conseguir aceros que presenten una combinación de alta resistencia y buena tenacidad a baja temperatura. Como consecuencia, en los últimos años se han ido desarrollando diferentes estrategias de laminación en caliente con el fin de obtener microestructuras lo más finas posibles, ya que de esta manera se mejora tanto la resistencia como la tenacidad. Otra de las opciones disponibles para hacer frente a los requisitos actuales es aumentar los contenidos de microaleación. Esto, además de afectar a la evolución microestructural de la fase austenítica, puede llevar a un aumento del endurecimiento por precipitación y mayor densidad de dislocaciones. Sin embargo, también resulta en interacciones más complejas entre los mecanismos de endurecimiento, haciendo difícil la optimización de los parámetros de proceso.

Con el fin de estudiar esto, en la primera parte de esta tesis se han llevado a cabo ensayos de compresión plana para producir diferentes microestructuras austeníticas con dos aceros de bajo contenido en carbono microaleados con niveles de Nb distintos (0.04 y 0.11%), seguido de una etapa de simulación del bobinado a temperaturas entre 500 y 700ºC. Las microestructuras obtenidas se han caracterizado mediante microscopía óptica, EBSD y TEM. Para ambos aceros se han obtenido tamaños de grano de austenita y niveles de deformación acumulada similares. Como consecuencia, se ha observado que en estas condiciones aumentar el contenido de Nb no tiene apenas efecto en el tamaño de grano de las microestructuras transformadas. Por otro lado, se ha caracterizado la resistencia de las microestructuras transformadas por medio de ensayos de tracción. Los valores de resistencia más bajos se han obtenido para la temperatura de bobinado a 700ºC. El valor de resistencia aumenta significativamente a 600ºC (≅90 y 140 MPa en el límite elástico (LE) para el acero de bajo y alto Nb, respectivamente) y a 500ºC disminuye ligeramente. Para las condiciones investigadas, se han determinado densidades de dislocaciones similares para ambos aceros, lo que indica que el incremento observado en el LE para el acero de alto Nb es debido principalmente al efecto de los precipitados formados durante o tras la transformación de fase. También se ha estudiado el efecto de la textura en la tenacidad y la anisotropía en el acero de bajo Nb para dos de las condiciones investigadas (microestructura austenítica recristalizada y microestructura austenítica deformada). Para ello, se han realizado ensayos Charpy sobre muestras mecanizadas a diferentes direcciones respecto de la dirección de laminación (a 0º y a 45º). Se ha determinado una capacidad de absorción de energía de impacto mayor en las muestras transformadas a partir de austenita recristalizada debido a un mayor nivel de homogeneidad microestructural. Además, se ha observado que, en las dos condiciones estudiadas, la tenacidad empeora para las muestras mecanizadas a 45º. Para las muestras transformadas a partir de austenita deformada, el nivel de heterogeneidad y el alargamiento de la microestructura puede contribuir a este efecto, mientras que para las muestras transformadas a partir de austenita recristalizada esto sólo puede atribuirse a la mayor densidad de planos {001} paralelos a la superficie de fractura. Se ha realizado un análisis fractográfico y se ha visto que la fractura de las muestras mecanizadas a 0º se inicia debido a la presencia de partículas de M/A, mientras que para las muestras mecanizadas a 45º la orientación de la faceta de inicio de la fractura corresponde con la componente cubo rotado. Por lo tanto, se confirma la contribución de la cristalografía a la fractura frágil en estas condiciones. Por otro lado, se ha tratado de relacionar las propiedades mecánicas con las características de las microestructuras finales obtenidas. En cuanto a la resistencia, se han estudiado las contribuciones de cada uno de los mecanismos de endurecimiento al límite elástico. Respecto a las propiedades de tenacidad, se han analizado las contribuciones de los parámetros microestructurales a la temperatura de transición FATT.

La segunda parte de esta tesis trata sobre el desarrollo y validación de una herramienta para la reconstrucción cristalográfica de la austenita a partir los datos de orientaciones obtenidos mediante EBSD de una microestructura martensítica templada. Primeramente, se ha utilizado una aleación modelo Fe-30Ni para la validación del método de reconstrucción y optimización de los parámetros implicados en el mismo. Para ello, se han llevado a cabo ensayos de torsión con el fin de producir distintas microestructuras austeníticas (recristalizada, deformada y parcialmente recristalizada) sobre las que se han realizado barridos de EBSD. Tras aplicar un temple sub-cero, se produce la transformación de fase austenitamartensita, por lo que es posible caracterizar las mismas zonas mediante EBSD, aplicar el método de reconstrucción y validar los resultados mediante la comparación con los barridos llevados a cabo sobre la austenita. Se ha visto que una vez seleccionada una relación de orientación adecuada, el método es robusto a la variación del resto de parámetros. Asimismo, se han obtenido buenos resultados de reconstrucción para todas las microestructuras estudiadas, incluyendo la capacidad de reconstruir maclas. Además, se han comparado los resultados del método descrito en esta tesis con los determinados mediante otros métodos de reconstrucción disponibles, siendo los resultados comparables y mostrando buena resolución angular en comparación con los otros métodos. Por otro lado, también se han comparado los resultados de la reconstrucción con los obtenidos mediante técnicas metalográficas convencionales. Para ello, se han analizado muestras correspondientes a aceros bajo-medio carbono martensíticos que presentan una gran facilidad para el revelado de las juntas mediante el ataque Bechet-Beaujard. El procedimiento de reconstrucción se ha aplicado a los datos obtenidos mediante EBSD y se han caracterizado las mismas áreas de análisis utilizando técnicas metalográficas convencionales. Se han comparado los tamaños de grano y las morfologías microestructurales determinadas mediante ambas técnicas en función del procesamiento de datos. Se ha visto que el análisis de la coherencia de las maclas presentes en la microestructura es crítico a la hora de obtener resultados comparables entre las dos técnicas.

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