Krzysztof Radwański

Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica

ZASTOSOWANIE MIKROSKOPII SKANINGOWEJ I DYFRAKCJI ELEKTRONÓW WSTECZNIE ROZPROSZONYCH W BADANIACH STRUKTURY BLACH ZE STALI WIELOFAZOWYCH NA RÓŻNYCH ETAPACH PROCESU CIĄGŁEGO WYŻARZANIA

Monografia nr 8, 2016

Celem pracy było doskonalenie narzędzi do analizy struktury w oparciu o parametry wyznaczane za pomocą metody EBSD oraz scharakteryzowanie wpływu wartości odkształcenia po walcowaniu na zimno,szybkości i temperatury nagrzewania na strukturę i kinetykę zmian w blachach o składzie chemicznym odpowiadającym stali DP. W ramach pracy scharakteryzowano możliwości badawcze struktury blach ze stali wielofazowych na poszczególnych etapach procesu ciągłego wyżarzania za pomocą elektronowej mikroskopii skaningowej FEG SEM z wykorzystaniem metody EBSD. Opisano poszczególne grupy stali wielofazowych stosowane w przemyśle motoryzacyjnym oraz przykładowy proces ciągłego wyżarzania blach. Scharakteryzowano teoretyczne podstawy metody EBSD wraz z wpływem różnych parametrów opisujących ustawienia systemu pomiarowego oraz stanu badanego materiału na uzyskiwane wyniki badań. Na przykładach przedstawiono możliwości wykorzystania oraz interpretacji różnych parametrów wyznaczanych tą metodą w badaniach struktur stali podlegających procesom odbudowy struktury w procesie wyżarzania. Wykazano bardzo dużą użyteczność metody EBSD w badaniach różnych składników struktury stali wielofazowych. W oparciu o dane literaturowe stwierdzono, że brak jest metody pozwalającej na ilościowe wyznaczenie udziału powierzchniowego struktury po zdrowieniu i rekrystalizacji. Brak jest również szczegółowych danych dotyczących wpływu wartości odkształcenia po walcowaniu na zimno na zmiany struktury wywołane nagrzewaniem do temperatury wyżarzania międzykrytycznego oraz następnym chłodzeniem. W wymienionych obszarach badań monografia stanowi oryginalny wkład autora w rozwój inżynierii materiałowej. W ramach pracy wykonano badania struktury blach po walcowaniu na zimno próbek o zróżnicowanych wartościach całkowitego gniotu względnego w zakresie εhc= 0,11÷0,75. Próbki poddano cyklom nagrzewania z szybkościami od 1 do 10°C/s do temperatur w zakresie 600÷800°C z następnym chłodzeniem helem. Następnie przeprowadzono badania struktury próbek, które pozwoliły na określenie wpływu odkształcenia na zimno, szybkości i temperatury nagrzewania na przebieg procesów odbudowy struktury, przemiany podczas nagrzewania i chłodzenia. Wykazano, że metoda EBSD dzięki możliwościom wyznaczania kątów dezorientacji pozwala na odróżnianie ziarn od podziarn. Udowodniono, że równoczesna analiza wartości parametrów KAM ≤ 0,5° i GAM ≤ 1,0°, wyznaczających odpowiednio sumaryczny udział struktury po zdrowieniu i rekrystalizacji oraz po samej rekrystalizacji, pozwala na ilościowy opis procesów odbudowy struktury. Opisano morfologię i zależności krystalograficzne składników struktury stali wielofazowych. Opracowano modele budowy pięciu typów bainitu: ziarnistego, górnego, zdegenerowanego górnego, dolnego i zdegenerowanego dolnego. Wykazano, że zwiększenie odkształcenia na zimno powoduje tworzenie się pasm odkształcenia, oddzielonych granicami wąskokątowymi, w obrębie których ze wzrostem odkształcenia tworzą się granice szerokokątowe. Stwierdzono, że podczas nagrzewania próbek do temperatury poniżej 700°C, w ferrycie następuje tworzenie się podziarn o granicach wąskokątowych, które ze wzrostem temperatury przekształcają się w szerokokątowe granice ziarn. W obszarach perlitu obserwuje się efekty procesu dyfuzji węgla do granic podziarn/ziarn oraz skoagulowane na tych granicach węgliki. Pomiędzy węglikami powstają drobne, zrekrystalizowane ziarna o granicach szerokokątowych. Wykazano, że zwiększenie wartości odkształcenia na zimno, temperatury nagrzewania do 700°C oraz zmniejszenie szybkości nagrzewania powoduje wzrost zaawansowania procesów odbudowy struktury. Nagrzewanie próbek powyżej temperatury AC1 powoduje zarodkowanie austenitu głównie na skoagulowanych cząstkach cementytu i jego wzrost wzdłuż granic ziarn ferrytu. W wyniku chłodzenia austenit podlega przemianie w martenzyt z bainitem. Struktura próbek chłodzonych z temperatury 750°C złożona jest z ferrytu, niewielkich ilości pozostałego perlitu oraz martenzytu z bainitem, podczas gdy po chłodzeniu z temperatury 800°C nie stwierdzono obecności perlitu. Wykazano, że ze wzrostem odkształcenia na zimno w zakresie εhc = 0,25÷0,50 zwiększa się udział powierzchniowy martenzytu z bainitem po nagrzewaniu i chłodzeniu z temperatury 750°C, co powiązane jest ze wzrostem siły napędowej przemiany austenitycznej wywołanej rosnącym odkształceniem. Dalsze zwiększenie wartości odkształcenia powoduje zmniejszanie się udziału tych składników, będące efektem fragmentacji płytek cementytu i zmniejszania się odległości między nimi w obszarach perlitu, a także pochłonięcia skumulowanej energii odkształcenia przez proces rekrystalizacji. Podobną zależność pomiędzy wartością odkształcenia na zimno a udziałem martenzytu z bainitem stwierdzono dla próbek po chłodzeniu z temperatury 800°C. Wykazano, że ze wzrostem odkształcenia w zakresie εhc = 0,25÷0,50 zwiększa się udział bainitu i zmniejsza martenzytu. Dalsze zwiększenie odkształcenia powoduje zmniejszenie sumarycznego udziału tych składników, przy czym zwiększa się udział martenzytu kosztem bainitu. Zwiększanie szybkości nagrzewania próbek z 1 do 10°C/s do temperatury 800°C i chłodzonych helem prowadzi do wzrostu udziału pakietów martenzytu z bainitem. Wykazano, że udział austenitu rośnie ze wzrostem szybkości nagrzewania do 800°C. Zwiększenie udziału austenitu powoduje zwiększenie temperatury Ms i wzrost udziału martenzytu z bainitem.