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Processes, microstructure, and mechanical properties of cold-rolled medium-Mn steel = Prozesse, Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften von kaltgewalztem Mittel Mn Stahl
2019 & 2020
Dissertation, RWTH Aachen University, 2019
Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2020
Genehmigende Fakultät
Fak05
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2019-12-18
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2020-01850
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/782403/files/782403.pdf
Einrichtungen
- Lehrstuhl und Institut für Eisenhüttenkunde (522110)
- Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (520000)
Projekte
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
atom probe tomography (frei) ; austenite reversion (frei) ; discontinuous yielding (frei) ; interfacial segregation (frei) ; synchrotron X-ray diffraction (frei) ; ultrafine grain (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Mittel Mn Stahl hat in den letzten Jahren aufgrund seiner hervorragenden Kombination aus hoher Festigkeit und ausgezeichneter Umformbarkeit das Interesse der Automobilindustrie für Leichtbauanwendungen im Fahrzeugbereich geweckt. Die vorliegende Arbeit zielt daher auf ein vertieftes Verständnis der Prozess-Mikrostruktur-Eigenschaftsbeziehungen im Mittel Mn Stahl ab. Der Einfluss unterschiedlicher Prozessparameter (z.B. Kaltwalzen, Zwischenglühtemperatur, Zwischenglühzeit und Kühlverfahren nach dem Zwischenglühen) auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften wurden im Mittel Mn Stahl Fe-12Mn-3Al-0,05C (Gew.-%) untersucht. Anhand der Kombination von Rasterelektronenmikroskopie- (REM) und Elektronenrückstreuungsuntersuchungen (EBSD) wurden die mikrostrukturellen Eigenschaften, wie Korngröße, Kornmorphologie, Orientierungsverteilung und Phasenanteil des ultrafeinkörnigen (UFG) Mittel Mn Stahls charakterisieren. Um die Kinetik der Austenitreversion und die mechanische Stabilität von Restaustenit zu untersuchen, wurde mittels Synchrotron-Hochenergie-Röntgenbeugung (HEXRD) die Entwicklung des Austenitgehaltes beim interkritischen Glühen bzw. bei der Zugverformung in situ gemessen. Das Element-Partitioning im Mittel Mn Stahl wurde durch eine dreidimensionale Atomsonden-Tomographie (3D-APT) charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass Kaltwalzen die homogene Austenitkeimbildung fördert, welche hauptsächlich für eine schnelle Austenitrevision verantwortlich ist. Neben den anderen Prozessparametern ist die interkritische Glühtemperatur für die Einstellung der Gefügeeigenschaften (z.B. Menge und Stabilität von Austenit, Kornmorphologie und Korngröße etc.) und die daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften am wichtigsten. Die Duktilität des untersuchten Mittel Mn Stahls zeigt eine starke Abhängigkeit des Restaustenitgehaltes, wohingegen der mechanischen Stabilität des Restaustenits ein geringer Einfluss zugeschrieben werden kann. Darüber hinaus wurden erstmals Kohlenstoffseigerungen an Ferrit-Austenit Phasegrenzen im Mittel Mn Stahl durch Anpassung der Kühlbedingungen nach dem interkritischen Glühen beobachtet, was zu einem diskontinuierlichen Fließphänomen und zu einer Erhöhung der Streckgrenze sowie der mechanischen Stabilität von Restaustenit führte. Die gewonnenen Erkenntnisse bieten neue Möglichkeiten, Mehrphasenstähle im atomaren Maßstab zu designen, um maßgeschneiderte Eigenschaften einzustellen.Medium-Mn steel has drawn tremendous attention recently for automotive lightweight applications, because of its excellent combination of high strength and superior formability. The present work aims at an in-depth understanding of the process-microstructure-property relationship in medium-Mn steel. The influence of various process parameters (i.e., cold rolling, intercritical-annealing temperature, intercritical-annealing time, and cooling procedures after intercritical annealing) on microstructure and mechanical properties was investigated in medium-Mn steel Fe-12Mn-3Al-0.05C (wt%). Scanning electron microscopy (SEM) in combination with electron backscattered diffraction (EBSD) technique was employed to characterize the microstructural features of the ultrafine-grained (UFG) medium-Mn steel, namely the grain size, grain morphology, orientation distribution, and phase fraction, etc. In order to investigate the kinetics of austenite reversion and mechanical stability of retained austenite, synchrotron high-energy X ray diffraction (HEXRD) was applied to in situ monitor the evolution of the amount of austenite during intercritical annealing as well as tensile deformation, respectively. The elemental partitioning behavior in medium-Mn steel was characterized by three dimensional atom probe tomography (3D-APT). The results indicate that cold rolling promotes homogeneous austenite nucleation, which is mainly responsible for fast austenite reversion kinetics. Among the other process parameters, the intercritical-annealing temperature is the most relevant for determining the microstructure features (e.g. the amount and stability of austenite, grain morphology, and grain size etc.) and mechanical performance. Ductility of the investigated medium-Mn steel strongly replies on the amount of retained austenite, and it is less sensitive to the mechanical stability of retained austenite. In addition, carbon segregation to the ferrite-austenite phase boundaries was for the first time observed in medium-Mn steel by adjusting cooling conditions after intercritical annealing, resulting in a discontinuous yielding phenomenon and an increase in yield strength as well as mechanical stability of retained austenite. The new insights provide novel opportunities to engineer interphase boundaries at an atomic scale in multiphase steel in order to tailor mechanical properties.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
online, print
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT020365327
Interne Identnummern
RWTH-2020-01850
Datensatz-ID: 782403
Beteiligte Länder
Germany
