Publication: Mechanical properties of advanced high-strength steels produced via quenching and partitioning
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Publication date
2015-09
Defense date
2015-09-18
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Abstract
Advanced high-strength steel (AHSS) grades have been frequently used for applications that require a compromise between cost reduction, mechanical behavior and reliability of components that work under static and fatigue service loading conditions. Quenching and Partitioning (Q&P) is receiving increasing attention as a novel heat treatment to produce AHSSs containing martensite/retained austenite mixtures, with desirable combination of strength, ductility and toughness. However, despite the significant body of research on microstructure and mechanical properties of Q&P steels, there is still a significant lack of knowledge on the effect of microstructural architecture on their mechanical performance. Particularly, no research on fatigue and fracture behavior of Q&P steels has been carried out up-todate.
Therefore, the main objective of this PhD thesis is to develop a concept of microstructural design in Q&P steels in order to improve a wide range of mechanical properties (uniaxial tensile, fatigue and fracture), as well as to gain fundamental understanding of their relationship with the microstructure and Q&P processing parameters. It is demonstrated that: (i) tensile mechanical behavior and strain partitioning between phases strongly depend on the microstructure of Q&P steels, which, in turn, can be tuned via manipulation of the Q&P parameters; (ii) matrix conditions play an important role in fracture behavior of Q&P steels and (iii) fatigue life of Q&P steels is also determined by their microstructure and can be enhanced via improvement of strength of interphase boundaries. Based on the analysis of the experimental results, it is shown that tailoring of the microstructure of Q&P processed steels can lead to further improvement of their mechanical performance.
Los Aceros Avanzados de Alta Resistencia (AHSSs) se utilizan generalmente en la fabricación de componentes que trabajan en condiciones de servicio estáticas y/o a fatiga. Por lo tanto, es necesario que proporcionen un buen compromiso entre coste, comportamiento mecánico y fiabilidad. En los últimos años, se está prestando una gran atención hacia el novedoso tratamiento térmico conocido en inglés como "Quenching and Partitioning" (Q&P) para la producción de AHSSs con microestructuras multifásicas que consisten en mezclas de martensita y austenita retenida, proporcionando de este modo la combinación de resistencia, ductilidad y tenacidad deseada. Sin embargo, a pesar de que ya se ha realizado un importante trabajo de investigación para avanzar en la comprensión de la microestructura y las propiedades mecánicas de estos aceros, resulta imprescindible profundizar aún más en el efecto que la arquitectura microestructural tiene en los aceros Q&P. En particular, no se ha realizado hasta la fecha ningún trabajo que analice el comportamiento a fatiga y fractura de los aceros Q&P. Por este motivo, el principal objetivo de la presente Tesis Doctoral es desarrollar el concepto de diseño microestructural en los aceros Q&P. De este modo se busca mejorar un amplio rango de propiedades mecánicas entre las que se incluyen la resistencia a tracción, así como a fatiga y fractura. Asimismo, se busca establecer la relación entre las citadas propiedades mecánicas, la microestructura y los parámetros de procesado. En este trabajo se ha comprobado que: (i) el comportamiento a tracción y la partición de la deformación entre distintas fases depende en gran medida de la microestructura de los aceros Q&P que, por otra parte, puede ajustarse gracias a la manipulación de los parámetros de procesado Q&P; (ii) las propiedades de la matriz juegan un papel muy importante en el comportamiento a fractura de los aceros Q&P y (iii) la vida a fatiga de los aceros Q&P también está determinada por la microestructura y puede ser mejorada reforzando los bordes entre fases. En base al análisis de los resultados experimentales obtenidos, se muestra que el rendimiento mecánico de los aceros Q&P puede mejorarse a través del diseño microestructural.
Los Aceros Avanzados de Alta Resistencia (AHSSs) se utilizan generalmente en la fabricación de componentes que trabajan en condiciones de servicio estáticas y/o a fatiga. Por lo tanto, es necesario que proporcionen un buen compromiso entre coste, comportamiento mecánico y fiabilidad. En los últimos años, se está prestando una gran atención hacia el novedoso tratamiento térmico conocido en inglés como "Quenching and Partitioning" (Q&P) para la producción de AHSSs con microestructuras multifásicas que consisten en mezclas de martensita y austenita retenida, proporcionando de este modo la combinación de resistencia, ductilidad y tenacidad deseada. Sin embargo, a pesar de que ya se ha realizado un importante trabajo de investigación para avanzar en la comprensión de la microestructura y las propiedades mecánicas de estos aceros, resulta imprescindible profundizar aún más en el efecto que la arquitectura microestructural tiene en los aceros Q&P. En particular, no se ha realizado hasta la fecha ningún trabajo que analice el comportamiento a fatiga y fractura de los aceros Q&P. Por este motivo, el principal objetivo de la presente Tesis Doctoral es desarrollar el concepto de diseño microestructural en los aceros Q&P. De este modo se busca mejorar un amplio rango de propiedades mecánicas entre las que se incluyen la resistencia a tracción, así como a fatiga y fractura. Asimismo, se busca establecer la relación entre las citadas propiedades mecánicas, la microestructura y los parámetros de procesado. En este trabajo se ha comprobado que: (i) el comportamiento a tracción y la partición de la deformación entre distintas fases depende en gran medida de la microestructura de los aceros Q&P que, por otra parte, puede ajustarse gracias a la manipulación de los parámetros de procesado Q&P; (ii) las propiedades de la matriz juegan un papel muy importante en el comportamiento a fractura de los aceros Q&P y (iii) la vida a fatiga de los aceros Q&P también está determinada por la microestructura y puede ser mejorada reforzando los bordes entre fases. En base al análisis de los resultados experimentales obtenidos, se muestra que el rendimiento mecánico de los aceros Q&P puede mejorarse a través del diseño microestructural.
Description
Mención Internacional en el título de doctor
Keywords
Advanced high-strength steels, AHSS, Microstructure, Mechanical properties, Quenching and Partitioning, Q&P