Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad KermanPour,Abbas Najafi-zadeh
احمد کرمانپور (استاد راهنما) عباس نجفی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ehsan Ghassemali
احسان قاسمعلی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Investigating Microstructure and Mechanical Properties of a Nanostructured Low Carbon Steel by the Cold Rolling-Annealing Process
Cold rolling and subsequent annealing processing of low carbon steels is one of the advanced thermomechanical processing which used for the production of nano grained microstructure. In this work, after quenching, the low carbon (0.13 wt. %C) steel was cold rolled up to 90 % reductions of thickness. The cold rolled specimens were annealed at different temperatures for investigating the evolution of microstructure. The microstructural changes occurring during the annealing were characterized by optical, scanning electron, and transmission electron microscope. In addition, color metallography method was used for determining the amount of martensite phase. Kikuchi-line analysis was employed for determining the miss-orientation of grain boundaries. The mechanical properties, and fracture surface of the steel were studied. Also, the restoration kinetics of the low carbon steel during annealing of martensite process was investigated using JMAK model. Results showed that fragmentation of martensite lathes during cold rolling of the quenched steels plays a key role in increasing the nucleation sites for recrystallization. The mean grain size of about 188±4, 200±3, and 230±4 nm were achieved after annealing of the 90, 80, and 70% cold rolled steel at 450, 500, and 550 ?C, respectively. The final microstructure was composed of nano-grained ferrite, carbide precipitations, and blocks of tempered martensite. The major amount of grain boundaries are high angle boundaries type in the final specimens. The mechanical properties of the nano-grained steels increased up to 4 amplitudes with the proper increase of toughness. Scanning electron microscopy investigations showed the ductile fracture mode with the shear dimples in fracture surfaces of the nano-grained low carbon steels. The JMAK model was expressed in terms of hardness data, from which the parameters of the different restoration kinetics were determined. The values of JMAK exponent, n , and the activation energy, Q , for recovery, recrystallization and grain growth were obtained for the steel under investigation. Key Words Low carbon steel, Cold rolling, Annealing, Nanostructured, Recrystallization, Restoration kinet
فرایند نورد سرد و آنیل ساختار مارتنزیتی در فولادهای کم کربن (فرایند مارتنزیت) یکی از روش‌های ترمومکانیکی پیشرفته است که برای دستیابی به ریزساختار با اندازه دانه نانومتری استفاده می‌شود. در تحقیق حاضر فرایند نورد سرد و آنیل روی فولاد کم کربن (wt.% C 13/0) انجام شد. پس از دستیابی به ریزساختار مارتنزیتی، نورد سرد به میزان 70 تا 90 درصد کاهش در ضخامت، روی ورق‌های فولادی انجام شد. سپس عملیات آنیل در دماهای مختلف به منظور ارزیابی تغییرات ریزساختاری و دستیابی به ریزترین اندازه دانه انجام گرفت. تغییرات ریزساختاری حین فرایند توسط میکروسکوپ‌های نوری، الکترونی روبشی و الکترونی عبوری مورد بررسی قرار گرفت. همچنین از روش متالوگرافی رنگی به‌منظور تعیین درصد فاز مارتنزیت در ریزساختار قبل از نورد سرد استفاده شد. به‌منظور تعیین زاویه مرز دانه‌های حاصل از آنیل در نمونه‌های نهایی، از آنالیز خطوط کیکوچی در تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری استفاده شد. خواص مکانیکی فولاد با استفاده از آزمون کشش تک محوری و سختی سنجی بررسی گردید. بررسی سطوح شکست فولادهای نانوساختار شده پس از آزمون کشش با میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام گرفت. علاوه بر آن جهت بررسی سینتیکی مکانیزم‌های بازگشت حین آنیل نمونه‌های نورد سرد شده، از مدل JMAK استفاده شد. نتایج نشان داد که خرد شدن تیغه‌های مارتنزیتی درحین نورد سرد فولادهای کم کربن، باعث افزایش چشمگیر مکان‌های مناسب برای جوانه زنی تبلورمجدد در مرحله آنیل و درنتیجه ریزتر شدن دانه‌ها شد. بررسی‌های ریزساختاری نشان داد که اندازه دانه میانگین فولادهای نورد سرد شده به میزان 70، 80 و 90% پس از آنیل در دماهای به ترتیب 550، 500 و C? 450 بمدت 90 دقیقه، به ترتیب برابر با 4±230، 3±200 و 4±188 نانومتر بود. این ریزساختار متشکل از دانه‌های هم محور فریت، رسوبات بسیار ریز کاربیدی و بسته‌های ریز مارتنزیت تمپر شده بود. کسر بالایی از مرز دانه‌های این ریزساختار از نوع مرز دانه‌های زاویه زیاد بود که برای دستیابی به خواص مکانیکی بهینه ضروری است. خواص مکانیکی ریزساختار نانومتری بدست آمده در سطح بسیار مطلوبی بوده، به‌گونه‌ای‌ که استحکام کششی فولاد مذکور پس از ریز شدن دانه‌ها تا حدود 4 برابر بهبود یافت. این افزایش استحکام همراه با افزایش چشمگیر تافنس فولاد بود. بررسی سطوح شکست فولاد نانوساختار شده نشان داد که شکست در این فولاد نانوساختار بصورت داکتیل با مکانیزم تشکیل دیمپل های برشی است. نتایج بررسی‌های سینتیکی نشان داد که با افزایش میزان نورد سرد، انرژی اکتیواسیون مکانیزم بازگشت و لذا دمای آنیل بهینه برای دستیابی به دانه‌های ریز در فولاد کاهش یافت.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی