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

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.
چکيده فولادهاي زنگ نزن آستنيتي با وجود داشتن خواص منحصربه فرد، به دليل داشتن استحکام تسليم پائين کمتر درصنايع مختلف مورد استفاده قرار مي گيرند. موثرترين راه براي افزايش همزمان استحکام و چقرمگي، ريزدانه کردن فولاد است. يکي از مهم ترين فرايندهايي که براي توليد فولاد زنگ نزن آستنيتي شبه پايدار نانو/فوق ريزدانه مورد استفاده قرار مي گيرد، فرايند ترمومکانيکي مارتنزيت است. اين فرايند شامل نورد سرد براي تشکيل مارتنزيت ناشي از کرنش و در ادامه آنيل بازگشتي براي دست يابي به آستنيت نانو/فوق ريزدانه است. ازآنجايي‌که در حين نورد سرد با توجه به شرايط اعمالي (ميزان نورد، نرخ کرنش، دماي نورد و اندازه دانه اوليه آستنيت) نرخ تشکيل مارتنزيت و درنتيجه مورفولوژي مارتنزيت حاصل‌شده تغيير مي يابد، در اين پژوهش اثر مورفولوژي مارتنزيت در دو نمونه فولاد زنگ نزن آستنيتي 201 با درصد هاي مختلف کاهش ضخامت 50 و 90% بر تشکيل ساختار ميکروسکوپي حين آنيل در طي دماها و زمان هاي مختلف مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد که پس از 50% نورد، مورفولوژي غالب لايه اي و پس از 90% نورد، ساختار فاقد هرگونه لايه هاي مارتنزيت بوده و تقريباً تمامي ساختار به صورت سلول-نابجايي است. با کاهش کرنش اشباع و افزايش کرنش، کسر ساختار سلول-نابجايي افزايش و اندازه کريستال هاي اين ساختار از nm 50 براي 50% نورد به nm10 براي 90% نورد کاهش مي يابد. مشخص شد که در طي آنيل بازگشتي در تمامي دماها، نرخ جوانه زني آستنيت در ساختار سلول-نابجايي به دليل تعداد بالاتر مراکز جوانه زني در مقايسه با مارتنزيت لايه اي بيشتر است. حتي با انجام آنيل در دماي ?C 900، مارتنزيت لايه اي پس از گذشت زمان 10 دقيقه کاملاً بازگشت مي يابد، در حاليکه براي ساختار سلول-نابجايي اين زمان در حدود 2 دقيقه است. مکانيزم بازگشت در تمامي دماها، مکانيزم نفوذي (جوانه زني و رشد) تعيين شد. به دليل بزرگتر بودن جوانه هاي حاصل از مارتنزيت لايه اي و کمتر بودن نيرو محرکه و هم چنين جلوگيري مارتنزيت باقيمانده اين ساختار از رشد سريع دانه ها، نرخ رشد دانه ها در آستنيت حاصل از مارتنزيت لايه اي کمتر است. در آنيل در دماهاي 700 و ?C 800، به دليل نرخ کم رشد دانه ها، همواره آستنيت حاصل از ساختار سلول-نابجايي کوچک تر است. در زمان هاي ابتدايي آنيل در دماي ?C 900، اندازه دانه هاي آستنيت بازگشتي از مارتنزيت با ساختار سلول-نابجايي کوچک تر بوده اما با افزايش زمان، به دليل بالاتر بودن نرخ رشد دانه ها در اين دما، اندازه دانه هاي آستنيت بزرگ تر از آستنيت حاصل از مارتنزيت لايه اي مي شود. کوچک ترين اندازه دانه فولاد با کسر حجمي مناسب آستنيت در اين حالت براي نمونه 90% نورد شده پس از 30 ثانيه، nm 120 (با استحکام تسليم MPa 1050 و ازدياد طول 30%) و براي نمونه 50% نورد شده پس از 60 ثانيه، nm 500 (با استحکام تسليم MPa 830 و ازدياد طول 35%) بدست آمد. کلمات کليدي: فولاد زنگ نزن آستنيتي 201، عمليات ترمومکانيکي مارتنزيت، مورفولوژي مارتنزيت، مارتنزيت لايه اي، ساختار سلول-نابجايي، آنيل بازگشتي.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی