مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

تحلیل ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد کم‌آلیاژ با سیلیسیم متوسط در شرایط عملیات حرارتی کوئنچ و پارتیشن‌بندی در مقایسه با حالت کوئنچ پله‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی مواد- دانشگاه یزد
چکیده
در این پژوهش رفتار مکانیکی یک فولاد کم‌آلیاژ با سیلیسیم متوسط تحت عملیات حرارتی کوئنچ و پارتیشنینگ (QP) در مقایسه با کوئنچ مرحله‌ای (SQ) بررسی شد. مشاهدات ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FE-SEM) مجهز به پراش الکترون برگشتی (EBSD) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) انجام شد. همچنین آزمون‌های مکانیکی شامل سختی، کشش و ضربه به همراه آنالیز فازی توسط پراش پرتو ایکس (XRD) به کار گرفته شد. نتایج نشان داد که حاصل‌ضرب استحکام کششی نهایی و ازدیاد طول کل، به‌عنوان معیاری قابل اعتماد برای ارزیابی فولادهای پیشرفته با استحکام بالا، از 2.4 به 10.2 GPa·% در نمونه‌های QP نسبت به نمونه‌های SQ افزایش یافت. بهبود چشمگیر خواص مکانیکی نمونه‌های QP به تشکیل ریزساختار شامل مارتنزیت برگشته بدون کاربید (CFTM)، مارتنزیت تازه (FM)، بینیت بدون کاربید (CFB) و آستنیت باقیمانده (RA) نسبت داده می‌شود، در حالی که نمونه‌های SQ دارای ریزساختار دو فازی فریت–مارتنزیت بودند. همچنین انرژی ضربه چارپی نمونه‌های SQ برابر 3.5 ژول بود، در حالی که نمونه‌های QP بیشترین جذب انرژی ضربه‌ای یعنی 5.5 ژول را نشان دادند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] Khajesarvi A, Banadkouki S, Sajjadi S, Somani M, Abnormal trend of ferrite hardening in a medium-Si ferrite-martensite dual-phase steel, Metals. 2023; 13(3): 542.
[2] Li K, Yang T, Gong N, Wu J, Wu X, Zhang D.Z, et al. Additive manufacturing of ultra-high strength steels: a review, J Alloys Compd. 2023; 171390.
[3] Venezuela J, Lim F.Y, Liu L, James S, Zhou Q, Knibbe R, et al. Hydrogen embrittlement of an automotive 1700 MPa martensitic advanced high-strength steel, Corros Sci. 2020; 171: 108726.
[4] Khajesarvi A, Ghasemi Banadkouki S, Sajjadi S, Effect of carbon partitioning on abnormal martensite hardening in a conventional quench and temper medium silicon low-alloy steel under ferrite-martensite dualphase microstructure, HTM J Heat Treat Mater. 2023; 78(3): 141-161.
[5] Mohanty R, Girina O, Fonstein N, Effect of heating rate on the austenite formation in low-carbon highstrength steels annealed in the intercritical region, Metall Mater Trans A. 2011; 42(12): 3680-3690.
[6] Khajesarvi A, Ghasemi Banadkouki S.S, Somani M.C, Kömi J, Sajjadi S.A, Investigation of micromechanical properties of martensite and ferrite microphases in a 35CHGSA medium-Si low-alloy steel, Steel Res Int. 2024; 95: 2300624.
[7] Matlock D.K, Bräutigam V.E, Speer J.G, Application of the quenching and partitioning (Q&P) process to a medium-carbon, high-Si microalloyed bar steel, In: Materials Science Forum, Zurich: Trans Tech Publications. 2003; 426-432: 1089-1094.
[8] Speer J.G, Streicher A, Matlock D.K, Rizzo F, Krauss G, Quenching and partitioning: a fundamentally new process to create high-strength TRIP sheet microstructures, In: Austenite Formation and Decomposition, Warrendale (PA): TMS. 2003: 505-522. 
[9] Rizzo F, Edmonds D.V, He K, Speer J.G, Matlock D.K, Clarke A.J, Carbon enrichment of austenite and carbide precipitation during the quenching and partitioning (Q&P) process. In: Proceedings of the International Conference on Solid-Solid Phase Transformations in Inorganic Materials. 2005: 535-544.
[10] Edmonds D.V, He K, Rizzo F, De Cooman B.C, Matlock D.K, Speer J.G, Quenching and partitioning martensite: a novel steel heat treatment, Mater Sci Eng A. 2006; 438-440: 25-34.
[11] Gerdemann F, Speer J.G, Matlock D.K, Microstructure and hardness of steel grade 9260 heattreated by the quenching and partitioning (Q&P) process. Mater Sci Technol. 2004; 20: 439-449.
[12] Speer J.G, Matlock D.K, De Cooman B.C, Schroth J.G, Carbon partitioning into austenite after martensite transformation, Acta Mater. 2003; 51(9): 2611-2622. [13] Xiong X, Chen B, Huang M, Wang J, Wang L, The effect of morphology on the stability of retained austenite in a quenched and partitioned steel, Scr Mater. 2013; 68(5): 321-324.
[14] Yusof N, Sapuan S.M, Sultan M.T.H, Jawaid M, Maleque M.A, Design and materials development of automotive crash box: a review, Cienc Tecnol Mater. 2017; 29(3): 129-144.
[15] Shiraiwa T, Kato S, Briffod F, Enoki M, Exploration of outliers in strength-ductility relationship of dual-phase steels, Sci Technol Adv Mater Methods. 2022; 2(1): 175- 197.
[16] Li M, Hu X, Yan S, Liu X, The effect of annealing temperature and temper-rolling on microstructure, mechanical properties, and Lüders strain of Fe-0.25C- 5.9Mn-1.0Al-1.57Si medium-Mn steel, Steel Res Int. 2023; 94(9): 2200924.
[17] Kumar R, Dwivedi R, Singh V.P, Kuriachen B, Krishnan N.A, Influence of toughness and retained austenite on wear behaviour of carbide-free bainite in high silicon steel, Trans Indian Inst Met. 2022: 1-10. 
[18] Chang L, Microstructures and reaction kinetics of bainite transformation in Si-rich steels, Mater Sci Eng A. 2004; 368(1-2): 175-182.
[19] Khajesarvi A, Banadkouki S, Investigation of carbon and silicon partitioning on ferrite hardening in a medium silicon low-alloy ferrite-martensite dual-phase steel, Int J Iron Steel Soc Iran. 2020; 17(2): 25-33.
[20] Khajesarvi A, Ghasemi Banadkouki S.S, Sajjadi S.A, Effect of tempering heat treatment on mechanical properties of a medium silicon low-alloy ferritemartensite dual-phase steel, Int J Iron Steel Soc Iran. 2022; 19: 20-29.
[21] Bramfitt B.L, Mangonon PL J.R, Metallurgy of continuous-annealed sheet steel, Proceedings of a conference; 1982 Feb 15-16; Dallas, TX. Warrendale (PA): Metallurgical Society of AIME. 1982.
[22] Nouri A, Kheirandish S, Saghafian H, Effect of silicon content on the strain hardening of dual-phase steels, Iran J Mater Sci Eng. 2008; 5(4): 40-49.
[23] Jacques P.J, Delannay F, Ladrière J, On the influence of interactions between phases on the mechanical stability of retained austenite in transformation-induced plasticity multiphase steels, Metall Mater Trans A. 2001; 32(11): 2759-2768.
[24] Saleh M, Priestner R, Retained austenite in dual-phase silicon steels and its effect on mechanical properties, J Mater Process Technol. 2001; 113(1-3): 587-593.
[25] Hertzberg R.W, Vinci R.P, Hertzberg J.L, Deformation and fracture mechanics of engineering materials, 6th ed. Hoboken (NJ): John Wiley & Sons; 2020.
[26] Khajesarvi A, Ghasemi Banadkouki S.S, Sajjadi S.A, Superior improvement of microstructure and mechanical properties of a medium silicon low-alloy 35CHGSA steel under quenching and partitioning heat treatment in comparison to conventional quenching and tempering condition, J Metall Mater Eng. 2022; 33(2): 73-91.