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[pt] EFEITO DA MICROESTRUTURA NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE UM AÇO AVANÇADO DE ALTA RESISTÊNCIA (AHSS) DA CLASSE COMPLEX-PHASE (CP) / [en] EFFECT OF THE MICROSTRUCTURE ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF A COMPLEX-PHASE (CP) ADVANCED HIGH STRENGTH STEEL (AHSS)

RENAN DE MELO CORREIA LIMA 29 December 2021 (has links)
[pt] A demanda por veículos mais seguros e com baixo consumo de combustível vem levando a indústria automotiva a buscar novos materiais. A indústria do aço, ameaçada pela competitividade da indústria do alumínio, reagiu com uma série de novos aços de alta resistência. Dentre estes aços, os Aços Avançados de Alta Resistencia (AHSS) podem ser destacados. Esses aços podem ser divididos em 3 gerações, cada uma delas com suas vantagens e desafios. A primeira geração tem os aços mais baratos, geralmente com microestrutura ferritica/martensitica. A segunda geração possui os aços inoxidáveis austeníticos/ferríticos, com composição mais cara devido ao maior teor de liga, muitos deles apresentando efeito de plasticidade induzida por maclagem (TWIP). Entre essas duas gerações, uma terceira vem se sobressaindo, baseada em aços de composição mais barata, porém com processamento mais complexo, como os aços de tempera e partição (Quenching and Partitioning - Q and P). Como não existe apenas um único caminho para o sucesso, todas as três gerações vêm recebendo bastante atenção e pesquisa. Buscando atender parte da demanda do setor, a Companhia Siderúrgica Nacional (CSN), vem aprimorando seu portfólio de aços AHSS de primeira geração. Entre os aços de primeira geração, os mais utilizados hoje são os Dual-Phase (DP). No entanto, os aços DP apresentam alguns problemas, como a nucleação de vazios durante a deformação, o que é um fator limitante para suas propriedades mecânicas. Sua substituição por aços Complex-Phase (CP), com maiores quantidades de bainita e menos propensos a nucleação de vazio, vem sendo proposta. O processamento de aços de fase complexa envolve uma sequência de etapas de laminação a quente e a frio, seguidas de um tratamento térmico. Na presente tese, foi estudada a produção de um aço CP1200 em uma linha industrial de galvanização por imersão a quente. O ponto de partida foi um aço CP1100. Amostras deste aço laminado a frio foram analisadas por dilatometria de forma a se obter a curva CCT. Utilizando os dados dilatométricos, um novo tratamento térmico foi proposto e realizado nas instalações da CSN, produzindo com sucesso um aço CP 1200. Ensaios de tração, dureza, dobramento e expansão de buraco foram realizados para medir as propriedades mecânicas do novo aço. A caracterização microestrutural foi realizada por meio de microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (MFA), difração de elétrons retroespalhados (EBSD) e microscopia eletrônica de transmissão (MET); a quantificação das micrografias foi realizada usando processamento digital de imagem e redes neurais. O aumento da propriedade mecânica foi atribuído ao aumento na fração de bainita, bem como de interfaces bainita-ferrita e bainita-martensita, que são menos suscetíveis a nucleação de vazios. / [en] The demand for safer and fuel-efficient vehicles leads the automotive industry to seek new and stronger materials. The steel industry, threatened by the aluminum competition, reacted with new and higher strength steels. Among the possible steels, the Advanced High Strength Steels (AHSS) can be highlighted. These steels can be divided into 3 generations, each one possessing advantages and challenges. The first generation includes more economical alloying and processing strategies, usually with a ferritic/martensitic microstructure. The second generation contains the more expensive, higher alloyed ferritic/austenitic stainless steels, using TWinning Induced Plasticity (TWIP). Between these two classes, a third generation is growing, based on more inexpensive compositions but with more complex processing, such as Quenching and Partitioning (Q and P). There is not only a single path to success, because of that, all three generations receive their fair amount of attention and research. Trying to fulfill part of the industry demand, the Companhia Siderúrgica Nacional (CSN) is conducting research on the first generation of AHSS steels. Among the first generation steels, Dual-Phase (DP) are the most used. However, DP steels present some problems, such as void nucleation during deformation, which is a limiting factor on their mechanical properties. Therefore, their replacement by Complex-Phase (CP) steels, with higher bainite amounts, and less prone to void nucleation, is welcome. The complex phase steels processing involves a sequence of hot-rolling and cold rolling steps, followed by a heat treatment. In the present thesis, the production of a CP1200 steel in an industrial hot dip galvanizing line was studied. The starting point was an industrial CP1100 steel. Samples of this cold rolled steel were analyzed by quenching dilatometry to obtain the CCT curve. Using the dilatometric data, a new heat treatment was proposed and done at CSN facilities, successfully producing a CP 1200 steel. Tension, hardness, bending and hole expansion tests were performed to measure the mechanical properties of the new steel. The microstructural characterization was done using light optical microscopy (LOM), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), electron backscattering diffraction (EBSD) and transmission electron microscopy (TEM); neural networks and digital image processing were used to quantify the obtained micrographs. The increase in tension and yielding strengths was explained based on the higher amounts of bainite as well as of bainite-ferrite and bainite-martensite interfaces, found to be less prone to void nucleation.

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