Understanding and improving thermodynamic stability of austenite in low carbon carbide free bainitic steels via ausforming process

• Verständnis und Verbesserung der thermodynamischen Stabilität von Austenit in kohlenstoffarmen karbidfreien bainitischen Stählen durch Ausformungsprozess

Kumnorkaew, Theerawat; Bleck, Wolfgang (Thesis advisor); Lian, Junhe (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2023)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2023

Kurzfassung

Karbidfreier bainitischer (CFB) Stahl hat sich aufgrund seiner hervorragenden Ausgewogenheit der mechanischen Eigenschaften zu einer neuen Vorreiterrolle bei den neuen hochfesten Stählen (Advanced High Strength Steels AHSS) entwickelt. Aufgrund einer thermodynamischen Instabilität von Austenit in kohlenstoffarmen CFB-Stählen ist die Bildung von nur primärphasigem bainitischem Ferrit mit der Sekundärphase kohlenstoffangereicherter Restaustenit nicht praktikabel. Der bei hohen Temperaturen nicht umgewandelte Austenit könnte sich während des Abkühlvorgangs teilweise in frischen Martensit umwandeln, abhängig von der lokalen Kohlenstoffkonzentration im Austenit. Eine allgemeine Konsequenz ist, dass eine übermäßige Bildung von frischem Martensit trotz der erhöhten Festigkeit des Stahls die Duktilität verschlechtern kann. Daher war die Kontrolle der thermodynamischen Stabilität von Austenit neben der Erhöhung des mittleren Kohlenstoffgehalts und der Legierungsmodifikation ein herausforderndes Problem bei der Entwicklung von karbidfreien bainitischen (CFB) Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Ausforming als thermomechanischer Wärmebehandlungsprozess wird angewendet, um die Bildung von frischem Martensit zu beeinträchtigen und den Phasenbestandteil der Stähle auszugleichen. Dieser Prozess kombiniert die plastische Verformung des nicht umgewandelten Austenits mit dem konventionellen Prozess der isothermen Wärmebehandlung. Parameter des Ausforming, wie Verformungstemperatur, Dehnung und Dehnungsrate, sind von erheblicher Bedeutung beim Definieren geeigneter Bedingungen für wünschenswerte Mikrostrukturen und mechanische Eigenschaften. Die Korrelation der Ausforming-Bedingungen mit dem kinetischen Verhalten bei der isothermen bainitischen Umwandlung und mit den Faktoren, die der Martensit-Umwandlung, der Härte und den Zugeigenschaften innewohnen, wurde ermittelt. Basierend auf der Keimbildungsratentheorie wurde ein einheitliches physikalisches Modell entwickelt, um ein besseres Verständnis dafür zu liefern, wie das Ausforming die Variationen der Aktivierungsenergie, der entsprechenden Antriebsenergie und der Entwicklung der Kohlenstoffanreicherung in Austenit beeinflusst. Darüber hinaus wurde der Einfluss der chemischen Zusammensetzungen analysiert, um eine Begrenzung des Ausforming in Bezug auf die Verformungsspannung bei der Verbesserung der thermodynamischen Stabilität von Austenit gegen die Bildung von frischem Martensit aufzuzeigen. Durchgehend wird in der gesamten Dissertation eine systematische Untersuchung der heterogenen Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften vorgenommen, um mittels Ausforming die Entwicklung neuer hochfester Stähle mit verbesserter Festigkeit und Duktilität zu ermöglichen.

Einrichtungen

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