Skip to main content
SUPERVISOR
Abbas Najafi-zadeh,Ahmad KermanPour
عباس نجفی زاده (استاد راهنما) احمد کرمانپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Salman Pirestani
سلمان پیرستانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Investigating the effect of strain-induced martensite morphology on formation of nano/ultrafine grained structure in 201 austenitic stainless steel through martensite thermomechanical process
Austenitic stainless steels (A) despite having unique properties are less used in various industries due to their low yield strength. Grain refinement is the most effective way to increase strength and toughness at the same time. Martensite thermomechanical process is a promising method to produce nano/ultrafine grained metastable A. This process involves cold rolling to form strain-induced martensite followed by reversion annealing to achieve nano/ultrafine grained austenite. According to the conditions imposed during cold rolling (strain, strain rate, rolling temperature and austenite grain size), the martensite formation rate and therefore the obtained martensite morphology can be changed. In this work, effect of the martensite morphology in AISI 201 ASS with 50 and 90% thickness reduction on microstructure formation during annealing at different temperatures and times were investigated. The result showed that after 50% cold rolling, the dominant morphology was lath martensite, while it was cell-dislocation structure without any martensite laths after 90% reduction. By decreasing saturation strain and increasing strain, the volume fraction of cell-dislocation structure increased and the crystal size of this structure decreased from 50 nm for 50% to 10 nm for 90% reduction. It was found that during annealing at all temperatures, the austenite nucleation rate in the cell-dislocation structures was higher than that of the lath martensite due to higher number of nucleation sites. For annealing at 900 ?C, the lath martensite was fully reversed after 10 min, but this time was about 2 min for the cell-dislocation structure. The reversion mechanism at all temperatures was determined diffusional mechanism (nucleation and growth). Due to the larger austenite grains formed from lath martensite, lower driving force and also prevention of the residual martensite from rapid grain growth of austenite, growth of austenite grains formed from the lath martensite was lower than the cell-dislocation martensite. By annealing at 700 and 800 ?C, the austenite grain size formed from the cell-dislocation structure was finer. During the early stages of annealing at 900 ?C, the reversed austenite grain size formed from the cell-dislocation martensite was smaller, however, it was larger than the austenite formed from lath martensite in later stages. Under this annealing condition, the smallest austenite grain size with suitable austenite volume fraction was 120 nm (with 1050 MPa yield strength and 30% elongation) for the 90% cold rolled specimen after annealing for 30 s, while it was 500 nm (with 830 MPa yield strength and 35% elongation) for the 50% cold rolled steel after annealing for 60 s. Key words: 201 Austenitic stainless steel, Martensite thermomechanical process, Martensite morphology, lath martensite, cell-dislocation structure, reversion annealing.
فولادهای زنگ نزن آستنیتی با وجود داشتن خواص منحصربه فرد، به دلیل داشتن استحکام تسلیم پائین کمتر درصنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. موثرترین راه برای افزایش همزمان استحکام و چقرمگی، ریزدانه کردن فولاد است. یکی از مهم ترین فرایندهایی که برای تولید فولاد زنگ نزن آستنیتی شبه پایدار نانو/فوق ریزدانه مورد استفاده قرار می گیرد، فرایند ترمومکانیکی مارتنزیت است. این فرایند شامل نورد سرد برای تشکیل مارتنزیت ناشی از کرنش و در ادامه آنیل بازگشتی برای دست یابی به آستنیت نانو/فوق ریزدانه است. ازآنجایی‌که در حین نورد سرد با توجه به شرایط اعمالی (میزان نورد، نرخ کرنش، دمای نورد و اندازه دانه اولیه آستنیت) نرخ تشکیل مارتنزیت و درنتیجه مورفولوژی مارتنزیت حاصل‌شده تغییر می یابد، در این پژوهش اثر مورفولوژی مارتنزیت در دو نمونه فولاد زنگ نزن آستنیتی 201 با درصد های مختلف کاهش ضخامت 50 و 90% بر تشکیل ساختار میکروسکوپی حین آنیل در طی دماها و زمان های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که پس از 50% نورد، مورفولوژی غالب لایه ای و پس از 90% نورد، ساختار فاقد هرگونه لایه های مارتنزیت بوده و تقریباً تمامی ساختار به صورت سلول-نابجایی است. با کاهش کرنش اشباع و افزایش کرنش، کسر ساختار سلول-نابجایی افزایش و اندازه کریستال های این ساختار از nm 50 برای 50% نورد به nm10 برای 90% نورد کاهش می یابد. مشخص شد که در طی آنیل بازگشتی در تمامی دماها، نرخ جوانه زنی آستنیت در ساختار سلول-نابجایی به دلیل تعداد بالاتر مراکز جوانه زنی در مقایسه با مارتنزیت لایه ای بیشتر است. حتی با انجام آنیل در دمای ?C 900، مارتنزیت لایه ای پس از گذشت زمان 10 دقیقه کاملاً بازگشت می یابد، در حالیکه برای ساختار سلول-نابجایی این زمان در حدود 2 دقیقه است. مکانیزم بازگشت در تمامی دماها، مکانیزم نفوذی (جوانه زنی و رشد) تعیین شد. به دلیل بزرگتر بودن جوانه های حاصل از مارتنزیت لایه ای و کمتر بودن نیرو محرکه و هم چنین جلوگیری مارتنزیت باقیمانده این ساختار از رشد سریع دانه ها، نرخ رشد دانه ها در آستنیت حاصل از مارتنزیت لایه ای کمتر است. در آنیل در دماهای 700 و ?C 800، به دلیل نرخ کم رشد دانه ها، همواره آستنیت حاصل از ساختار سلول-نابجایی کوچک تر است. در زمان های ابتدایی آنیل در دمای ?C 900، اندازه دانه های آستنیت بازگشتی از مارتنزیت با ساختار سلول-نابجایی کوچک تر بوده اما با افزایش زمان، به دلیل بالاتر بودن نرخ رشد دانه ها در این دما، اندازه دانه های آستنیت بزرگ تر از آستنیت حاصل از مارتنزیت لایه ای می شود. کوچک ترین اندازه دانه فولاد با کسر حجمی مناسب آستنیت در این حالت برای نمونه 90% نورد شده پس از 30 ثانیه، nm 120 (با استحکام تسلیم MPa 1050 و ازدیاد طول 30%) و برای نمونه 50% نورد شده پس از 60 ثانیه، nm 500 (با استحکام تسلیم MPa 830 و ازدیاد طول 35%) بدست آمد. کلمات کلیدی: فولاد زنگ نزن آستنیتی 201، عملیات ترمومکانیکی مارتنزیت، مورفولوژی مارتنزیت، مارتنزیت لایه ای، ساختار سلول-نابجایی، آنیل بازگشتی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی