Processing, microstructure, and mechanical properties of medium-Mn steels containing Cu and Ni

Xu, Zigan; Bleck, Wolfgang (Thesis advisor); Wenwen, Song (Thesis advisor); Ding, Hua (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2022)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2022, Kumulative Dissertation

Kurzfassung

Die Entwicklung moderner hochfester Stähle (AHSS) ist für den wissenschaftlichen und technischen Bereich der metallischen Werkstoffe von großer Bedeutung. Ihre überlegenen mechanischen Eigenschaften ermöglichen eine Gewichtsreduzierung bei Strukturbauteilen von Kraftfahrzeugen und tragen so zu geringeren CO2-Emissionen und einer ökologisch und wirtschaftlich nachhaltigeren Zukunft bei. Die Mittel-Mn-Stähle, die als Schlüsselkandidaten für die dritte Generation der AHSS gelten, weisen aufgrund ihrer einzigartigen ultrafeinkörnigen (UFG) Mikrostruktur eine hervorragende Kombination aus Festigkeit und Duktilität auf. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung, wie Fertigungsvarianten die Gefügeeigenschaften von Cu- und Ni-haltigen Mittel-Mn-Stählen beeinflussen können, wie z. B. den Austenitanteil und dessen Stabilität, die Nanoausscheidung, die Elementverteilung und die Versetzungsdichte, sowie deren synergetischen Beitrag für die Eigenschaften im Zugversuch. Zur Charakterisierung der UFG-Mikrostruktur wurden die Rückstreuelektronenbeugung (EBSD) und die hochenergetische Synchrotron-Röntgendiffraktometrie (SY-XRD) eingesetzt. Zur Charakterisierung der Elementverteilung wurde die Elektronensonden-Mikroanalyse eingesetzt. Die nanoskaligen Cu-reichen Ausscheidungen wurden mit Hilfe der Atomsondentomographie (APT) charakterisiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Entwicklung des Mikrogefüges und die daraus resultierenden Zugeigenschaften während typischer Verarbeitungsprozesse von Mittel-Mn-Stählen ermittelt. Die Glühtemperatur während des interkritischen Glühens kann den Volumenanteil und die mechanische Stabilität des Austenits erheblich beeinflussen, was zu einem ausgeprägten Verfestigungsverhalten durch die Aktivierung des TRIP-Effekts (transformation-induced plasticity) führte. Es wurde ein Prozessweg aus zweistufiger kurzer interkritischer Glühung (2 Minuten) und Anlassen (3 Stunden) entwickelt, um eine ausgewogene Austenitumwandlung und Nanoausscheidung durch Kontrolle der lokalen Verteilung von Cu und Ni zu erreichen. Während des Warmwalzens im interkritischen Temperaturbereich kann eine beträchtliche Menge an Austenit durch die dynamische Verteilung von Mn und C erhalten werden, was zu hervorragenden Zugeigenschaften bei kompaktem Fertigungsweg führt. Diese Ergebnisse zeigen neue Möglichkeiten der Gefügeeinstellung auf, um optimale mechanische Eigenschaften bei Stählen mit mittlerem Mn-Gehalt zu erhalten.

Einrichtungen

• Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik [520000]
• Lehrstuhl für Werkstofftechnik der Metalle und Institut für Eisenhüttenkunde [522110]