Estudio del efecto de la microestructura y de la precipitación sobre el endurecimiento en aceros y desarrollo de modelos basados en parámetros microestructurales

Resumen

El presente trabajo es fruto de la participación del CEIT en un proyecto iniciado en 2003 y financiado por la Comunidad Europea del Carbón y el Acero (CECA). El objetivo principal de este proyecto, de título ¿Mechanical property models for high strength complex crosturctures¿, ha sido el profundizar en el conocimiento de los mecanismos que endurecen el material para posteriormente desarrollar modelos, basados en parámetros físicos, para determinar el comportamiento mecánico de aceros. De esta forma, conociendo la relación entre las propiedades mecánicas de un material y su microestructura, es posible optimizar el procesado como las características del producto final. La tesis se divide en dos bloques principales: en un primer bloque, se han desarrollado modelos físicos para los aceros monocomponentes (aceros ferríticos, bainíticos y martensíticos) mientras que en el segundo bloque, se ha estudiaod el efecto de la precipitación en aceros microaleados. Para el estudio de los aceros monocomponentes, se han llevado a cabo diferentes tratamientos térmicos con el fin de obtener un amplio rango de microestructuras que han sido caracterizadas microestructural y mecánicamente. Además, en los aceros ferríticos se ha estudiado el efecto que produce el tamaño de grano de ferrita y el carbono en solución sólida en las propiedades mecánicas del material. Por otra parte, para el caso de las bainitas se ha estudiado la influencia que tienen las condiciones de tratamiento. A partir del trabajo de diferentes autores se ha desarrollado una formulación basada en fundamentos físicos con el fin de predecir el comportamiento a tracción de cada una de las microestructuras a partir del concepto del recorrido libre medio de las dislocaciones, que se relaciona con los obstáculos que encuentra una dislocación en su trayectoria. En caso de ferritas, los obstáculos que más influyen el movimiento de las dislocaciones son las juntas de grano y por ello el parámetro microestructural principal ha sido el tamaño de grano de ferrita. Sin embargo, en martensitas y en bainitas la presencia de dislocaciones es muy elevada y su contribución a la tensión es más importante que las juntas de grano. En consecuencia, el parámetro principal para la modelización de estas microestructuras ha sido la densidad de dislocaciones, que a su vez se relaciona con la temperatura de tratamiento en caso de bainitas y con la temperatura de inicio de transformación martensítica en martensitas. Por otra parte, para el estudio de la precipitación y simular los procesos de laminación industrial, se han llevado a cabo ensayos de compresión plana en un acero microaleado con niobio y otro con niobio y vanadio. Las muestras obtenidas han sido caracterizadas microestructural y mecánicamente. Además, para un mejor entendimiento del fenómeno de precipitación, se han analizado algunas muestras mediante Microscopia Electrónica de Transmisión. En el presente estudio se ha analizado el efecto de distintos parámetros: temperatura de bobinado y tiempo de mantenimiento, velocidad en enfriamiento y finalmente el efecto del vanadio. Para algunos ensayos, se ha observado la presencia de precipitación fina y abundante, lo cual se traduce en elevados endurecimientos. El endurecimiento ha sido mayor en los aceros microaleados con vanadio. Finalmente, se ha desarrollado un modelo para describir el comportamiento mecánico de los aceros microaleados, teniendo en cuenta además de las juntas de grano, el efecto de la precipitación.