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

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
چکيده فرايند نورد سرد و آنيل ساختار مارتنزيتي در فولادهاي کم کربن (فرايند مارتنزيت) يکي از روش‌هاي ترمومکانيکي پيشرفته است که براي دستيابي به ريزساختار با اندازه دانه نانومتري استفاده مي‌شود. در تحقيق حاضر فرايند نورد سرد و آنيل روي فولاد کم کربن (wt.% C 13/0) انجام شد. پس از دستيابي به ريزساختار مارتنزيتي، نورد سرد به ميزان 70 تا 90 درصد کاهش در ضخامت، روي ورق‌هاي فولادي انجام شد. سپس عمليات آنيل در دماهاي مختلف به منظور ارزيابي تغييرات ريزساختاري و دستيابي به ريزترين اندازه دانه انجام گرفت. تغييرات ريزساختاري حين فرايند توسط ميکروسکوپ‌هاي نوري، الکتروني روبشي و الکتروني عبوري مورد بررسي قرار گرفت. همچنين از روش متالوگرافي رنگي به‌منظور تعيين درصد فاز مارتنزيت در ريزساختار قبل از نورد سرد استفاده شد. به‌منظور تعيين زاويه مرز دانه‌هاي حاصل از آنيل در نمونه‌هاي نهايي، از آناليز خطوط کيکوچي در تصاوير ميکروسکوپ الکتروني عبوري استفاده شد. خواص مکانيکي فولاد با استفاده از آزمون کشش تک محوري و سختي سنجي بررسي گرديد. بررسي سطوح شکست فولادهاي نانوساختار شده پس از آزمون کشش با ميکروسکوپ الکتروني روبشي انجام گرفت. علاوه بر آن جهت بررسي سينتيکي مکانيزم‌هاي بازگشت حين آنيل نمونه‌هاي نورد سرد شده، از مدل JMAK استفاده شد. نتايج نشان داد که خرد شدن تيغه‌هاي مارتنزيتي درحين نورد سرد فولادهاي کم کربن، باعث افزايش چشمگير مکان‌هاي مناسب براي جوانه زني تبلورمجدد در مرحله آنيل و درنتيجه ريزتر شدن دانه‌ها شد. بررسي‌هاي ريزساختاري نشان داد که اندازه دانه ميانگين فولادهاي نورد سرد شده به ميزان 70، 80 و 90% پس از آنيل در دماهاي به ترتيب 550، 500 و C? 450 بمدت 90 دقيقه، به ترتيب برابر با 4±230، 3±200 و 4±188 نانومتر بود. اين ريزساختار متشکل از دانه‌هاي هم محور فريت، رسوبات بسيار ريز کاربيدي و بسته‌هاي ريز مارتنزيت تمپر شده بود. کسر بالايي از مرز دانه‌هاي اين ريزساختار از نوع مرز دانه‌هاي زاويه زياد بود که براي دستيابي به خواص مکانيکي بهينه ضروري است. خواص مکانيکي ريزساختار نانومتري بدست آمده در سطح بسيار مطلوبي بوده، به‌گونه‌اي‌ که استحکام کششي فولاد مذکور پس از ريز شدن دانه‌ها تا حدود 4 برابر بهبود يافت. اين افزايش استحکام همراه با افزايش چشمگير تافنس فولاد بود. بررسي سطوح شکست فولاد نانوساختار شده نشان داد که شکست در اين فولاد نانوساختار بصورت داکتيل با مکانيزم تشکيل ديمپل هاي برشي است. نتايج بررسي‌هاي سينتيکي نشان داد که با افزايش ميزان نورد سرد، انرژي اکتيواسيون مکانيزم بازگشت و لذا دماي آنيل بهينه براي دستيابي به دانه‌هاي ريز در فولاد کاهش يافت.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی