Intercritically austempered ductile iron (IADI) with a matrix microstructure of ferrite plus metastable austenite has an excellent combination of strength and toughness. The high strength and good ductility of this material is due to the transformation of metastable austenite to martensite during deformation. In the present study, the transformation of austenite to martensite for intercritically austempered ductile irons of varying alloy chemistry (varying amounts of nickel and/or manganese) were examined using in-situ neutron diffraction under strain-controlled loading at VULCAN at the Spallation Neutron Source at Oak Ridge National Laboratory (ORNL). Both diffraction and tensile data were collected and synced using the VDRIVE software (a proprietary ORNL software package). The single peak fit method was employed in the analysis of the diffraction data. In this thesis, the stress and strain for the start of the transformation of metastable austenite to martensite were determined. The development of residual stresses during deformation and the elastic diffraction constants for both the ferrite and austenite phases were also determined. The material was characterized using optical microscopy, backscattered imaging in the scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and transmission electron microscopy. / Master of Science

Intercritically annealed medium manganese steels are a promising third-generation advanced high-strength steel candidate, relying on large fractions of Mn-enriched retained austenite for excellent strength-ductility combinations. The present study proposes a novel cyclic intercritical annealing to promote nucleation and efficient stabilization of austenite in a medium Mn microstructure. Design of the heat treatment is driven by the hypothesis that the distribution of ductile austenite is key in mitigating the strain incompatibility that accelerates failure in these steels. Development and preliminary testing of the heat treatment are first detailed and compared with literature results for equivalent isothermal annealing. The effects of cyclic annealing parameters on the amount and stability of retained austenite are also explored through diffraction methods and mechanical testing. Finally, steps are taken towards quantifying austenite formation during the cyclic treatment, and recommendations are made for adapting the designed heat treatment to thicker gauges.

Medium Mn (med-Mn) third generation advanced high strength steels (3G AHSSs) are promising candidates for meeting automotive weight reduction requirements without compromising passenger safety. However, the thermal processing of these steels should be compatible with continuous galvanizing line (CGL) processing capabilities as it provides cost-effective, robust corrosion protection for autobody parts. Hence, the main objective of this Ph.D. research is to develop a CGL-compatible thermal processing route for a prototype 0.2C-6Mn-1.5Si-0.5Al-0.5Cr-xSn (wt%) (x = 0 and 0.05 wt%) med-Mn steel that will result in the 3G AHSS target mechanical properties (24,000 MPa%  UTS × TE  40,000 MPa%) and high-quality galvanized coatings via enhanced reactive wetting. It was found that the starting microstructure, intercritical annealing (IA) time/temperature, and Sn micro-alloying had a significant effect on the retained austenite volume fraction and stability and, thereby, the mechanical properties of the prototype med-Mn steel. For the as-received cold-rolled (CR) starting microstructure, the intercritical austenite nucleated and grew on dissolving carbide particles and resulted in blocky retained austenite. However, Sn micro-alloying significantly effected the intercritical austenite chemical stability by segregating to the carbide/matrix interface and retarding C partitioning to the intercritical austenite. This resulted in lower volume fractions of low stability retained austenite which transformed to martensite (via the TRIP effect) at low strains, thereby quickly exhausting the TRIP effect and resulting in a failure to sustain high work hardening rates and delay the onset of necking. Consequently, the Sn micro-alloyed CR starting microstructure was unsuccessful in achieving 3G AHSS target mechanical properties regardless of the IA parameters employed. Contrastingly, the CR starting microstructure without Sn micro-alloying was able to meet target 3G mechanical properties via intercritical annealing at 675 °C × 60 s and 120 s, and at 690 °C × 60 s owing to sufficiently rapid carbide dissolution and C/Mn partitioning into the intercritical austenite such that it had sufficient mechanical and chemical stability to sustain a gradual deformation-induced transformation to martensite and maintain high work hardening rates. On the other hand, the martensitic (M) starting microstructure produced higher volume fractions of chemically and mechanically stable lamellar retained austenite regardless of Sn micro-alloying. Intercritical annealing at 650 °C × 60 s and 675 °C × 60 s and 120 s produced 3G AHSS target mechanical properties. It was shown that the stable lamellar retained austenite transformed gradually during deformation. Furthermore, deformation-induced nano-twin formation in the retained austenite was observed, suggesting the TWIP effect being operational alongside the TRIP effect. As a result, a continuous supply of obstacles to dislocation motion was maintained during deformation, which aided in sustaining a high work hardening rate and resulted in a high strength/ductility balance, meeting 3G AHSS target properties. Based on these results, the martensitic starting microstructure without Sn micro-alloying and the M-675 °C × 120 s IA condition were chosen for the selective oxidation and reactive wetting studies. The selective oxidation study determined the effect of a N2-5H2-xH2O (vol%) process atmosphere pO2 (–30, –10, and +5 °C dew point (Tdp)) on the composition, morphology, and spatial distribution of the external and internal oxides formed during the austenitizing and subsequent intercritical annealing cycles. The objective of this study was to identify the process atmosphere for the promising M-675 °C × 120 s heat treatment that would result in a pre-immersion surface that could be successfully galvanized in a conventional galvanizing (GI) bath. The austenitizing heat treatment (775 °C × 600 s) used to produce the martensitic starting microstructure resulted in thick (~ 200 nm) external oxides comprising MnO, MnAl2O4, MnSiO3/Mn2SiO4, and MnCr2O4, regardless of the process atmosphere pO2. However, intermediate flash pickling was successful in dissolving the external oxides to a thickness of approximately 30 nm along with exposing metallic Fe in areas which contained relatively thin external oxides. Furthermore, extruded Fe nodules that were trapped under the external oxides were revealed during the flash pickling process. Overall, flash pickling resulted in a surface consisting of dispersed external oxide particles with exposed metallic substrate and extruded Fe nodules. This external surface remained unchanged during IA owing to the multi-micron (~ 2–8 µm) solute-depleted layer that formed during the austenitizing heat treatment. Subsequent galvanizing in a 0.2 wt% (dissolved) Al GI bath with an immersion time of 4 s at 460 °C was successful in achieving high-quality, adherent galvanized coatings through multiple reactive wetting mechanisms. The dispersed nodule-type external oxides along with exposed substrate and extruded Fe nodules on the pre-immersion surface facilitated direct wetting of the steel substrate and promoted the formation of a robust and continuous Fe2Al5Znx interfacial layer at the steel/coating interface. Additionally, oxide lift-off, oxide wetting, bath metal ingress, and aluminothermic reduction were operational during galvanizing. The galvanized med-Mn steels met 3G AHSS target mechanical properties. Overall, this Ph.D. research showed that it is possible to employ a CGL-compatible thermal processing route for med-Mn steels to successfully produce 3G AHSS target mechanical properties as well as robust galvanized coatings. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD) / One of the largest challenges associated with incorporating the next generation of advanced high strength steels into the automotive industry lies in processing these steels in existing industrial production lines. In that regard, a two-stage heat treatment with an intermediate flash pickling stage and process atmosphere compatible with existing industrial continuous galvanizing line technology was developed for a prototype medium-Mn steel. The heat-treated prototype steel met the target mechanical properties outlined for the next generation of advanced high strength steels. Furthermore, the heat treatment and process atmosphere utilised in this research produced a surface that facilitated the successful galvanizing of the prototype medium-Mn steel. This adherent and high-quality galvanized coating will provide robust corrosion protection if the candidate medium-Mn steel is used in future automotive structural applications.

Com o envelhecimento das estruturas de concreto armado, ficou evidente sua deterioração num período de tempo muito menor do que o previsto, pois sempre foram consideradas construções de elevada vida útil. Entre os fenômenos de maior gravidade para a sua estabilidade estrutural está a corrosão das armaduras de aço. Visando melhorar o desempenho das construções, aumentando a vida útil e diminuindo custos com manutenção, esta dissertação propõe o desenvolvimento de um vergalhão com melhor resistência à corrosão, de microestrutura dual-phase. O objetivo principal foi propor uma rota de produção viável, agregando o mínimo de custo possível, de forma a se obter um produto competitivo. A simulação da produção do vergalhão, desde o refino na aciaria, passando por tratamento térmico e propriedades mecânicas, foi realizada com auxílio da termodinâmica computacional, através do software FactSage. A simulação consistiu de três etapas: 1) determinação das temperaturas A1 e A3 e janelas de tratamento térmico; 2) cálculo das propriedades mecânicas a partir de modelos empíricos; 3) comportamento das inclusões durante o refino, durante a solidificação e durante a laminação. O estudo das inclusões é importante porque os aços simulados possuem alto teor de silício (de 1% a 2,5% em massa), podendo precipitar óxidos sólidos nos moldes de lingotamento contínuo. O estudo termodinâmico apontou que a produção de vergalhões com aços dual-phase com alto teor de silício é possível e sugere-se a fabricação pela seguinte rota: aciaria elétrica convencional, com ajuste final do teor de silício após a desoxidação e adição de alumínio controlada para obter inclusões com 15% a 25% de Al2O3, ajuste da escória, rica em CaO, de maneira a obter inclusões favoráveis ao lingotamento contínuo e laminação, e após o último passe de laminação, têmpera por resfriamento em água online (Thermex/Tempcore). / With the aging of reinforced concrete structures, their premature wearing became evident. Among the phenomena of greater severity to the structural stability of buildings is the corrosion of the steel rebar. To improve the performance of these structures, increase their service life and reduce maintenance costs, this work proposes the development of a rebar with better corrosion resistance, with a dual-phase microstructure. The main objective was to propose a viable production route, which adds the least possible cost, so as to obtain a competitive product. The thermodynamic simulation of the rebar manufacturing, from steelmaking to heat treatment and mechanical properties was carried out with the aid of computational thermodynamics using the FactSage software. The simulation consisted of three steps: 1) determining the temperatures A1 and A3 and the heat treatment windows; 2) calculating the mechanical properties from empirical models; 3) analyzing the behavior of inclusions during refining, solidification and hot-rolling. The study of the inclusion system is important because the simulated steels have high silicon content (from 1% to 2.5% by weight) and solid oxides may precipitate in the continuous casting molds. As a result of the study, it was found that the production of rebars with dual-phase microstructure and high silicon content is possible and the manufacturing route proposed is as follows: conventional electric steelmaking, with final adjustment of the silicon content after deoxidation and controlled addition of aluminum to obtain inclusions with 15% to 25% of Al2O3, refining slag rich in CaO, in order to obtain inclusions favorable to continuous casting and hot-rolling, and direct water quenching after the final rolling step (Thermex / Tempcore processes).

Estudou-se a cinética das transformações de fase em resfriamento contínuo e em tratamentos isotérmicos de cinco ligas de aços TRIP microligados com Nb, contendo teores variáveis de Mn e Si, através de ensaios dilatométricos, de caracterização morfológica dos produtos de transformação e de cálculos termodinâmicos e simulações numéricas usando os programas Thermocalc ® e Dictra®. Foram determinados os diagramas RC para a transformação da austenita, e foi estudada a influência da precipitação de ferrita pró-eutetóide e de bainita na fração volumétrica de austenita retida. Através dos diagramas de resfriamento contínuo foi possível delimitar a extensão do campo intercrítico dos cinco aços analisados, com determinação da janela de resfriamento e seus intervalos de temperaturas. Isso permitiu projetar os ciclos de resfriamento controlado a serem aplicados durante o processamento termomecânico dos Aços TRIP-D, TRIP-E e TRIP-H. Os cálculos pelo modelo numérico de redistribuição de carbono e de elementos substitucionais na interface ferrita/austenita, bem como as medidas de microanálise química por WDS e EDS permitiram verificar que a taxa de crescimento da ferrita pró-eutetóide é controlada pela difusão do carbono na austenita. Para tempos curtos de tratamento, o modelo de crescimento que melhor se ajusta é o do equilíbrio local com partição negligível de soluto. Verificou-se através de tratamentos isotérmicos no campo bainítico, que o silício atrasa a precipitação de carbonetos durante a reação bainítica, o que justifica o aumento da estabilidade da austenita retida no aço de maior Si (TRIP-H), quando comparado com o aço de menor Si (TRIP-E). Baseado nos resultados dos estudos das transformações de fase por resfriamento contínuo foram selecionadas as ligas TRIP-D, TRIP-E e TRIP-H, para simular dois esquemas de laminação controlada por meio de ensaios de torção a quente. Nesses ensaios foram variados o grau de deformação e a temperatura de acabamento, de modo a estudar os efeitos dos parâmetros de deformação mecânica na fração transformada dos diferentes constituintes microestruturais, e em particular na fração volumétrica de austenita retida. O primeiro ensaio refere-se à laminação controlada por recristalização estática (LCRE) e o segundo à laminação convencional (LCC), com temperatura de acabamento de 1030°C e 850°C, respectivamente. O resfriamento consistiu em dois tratamentos isotérmicos consecutivos: o primeiro no campo intercrítico (austenita + ferrita), e o segundo no campo bainítico. O aumento do grau de deformação na simulação por torção a quente da laminação controlada por recristalização estática, levou a um aumento da porcentagem de austenita retida obtida durante o resfriamento controlado (de 9 a 14,0 %). O acúmulo de energia de deformação abaixo da TNR na simulação do processo de laminação controlada convencional provocou uma diminuição da fração volumétrica de austenita retida bem como da concentração de carbono contido nela. Os perfis de Mn e C obtidos a partir de análises químicas com EDS e WDS em amostras do aço TRIP-E, deformadas com deformação total de 2,1 e deformação total de 2,8, mostram a contribuição do refinamento de grão para a difusão destes elementos na frente da interface ferrita/austenita, durante a precipitação de ferrita pró-eutetóide. / The phase transformation kinetics of five Nb microalloyed Si-Mn TRIP steels was studied under continuous cooling and isothermal treatments, using dilatometric techniques, morphologic characterization, Thermocalc computational thermodynamics and Dictra numerical simulation. WDS and EDS X-ray microanalysis and Dictra numerical modeling of C, Mn and Si distribution during transformation showed that the reaction is carbon diffusion controlled and growth occurs under local equilibrium with negligible partition. CCT diagrams for austenite transformation were determined and the effect of the amount of proeutectoid ferrite and bainite precipitation on the volume fraction of retained austenite was also estimated. The CCT diagrams allowed determining the boundaries of the critical zone and the processing window to obtain bainite plus austenite microstructures. Based on this information cooling cycles were selected to perform thermomechanical treatments. Three TRIP steels were selected to simulate, in a hot torsion testing machine, two different controlled rolling sequences: Recrystallization Controlled Rolling and Conventional Controlled Rolling. The influence of the degree of deformation and the finishing temperature on the amount of retained austenite was studied. After rolling the cooling cycle comprised two isothermal treatments, one in the austenite + ferrite field and the other in the bainitic field. Increasing the strain during simulation of Recrystallization Controlled Rolling led to an increase in the volume fraction of retained austenite to the range 9 to 14 %. The energy stored during simulation bellow TNR of the Conventional Controlled Rolling led to a decrease in the volume fraction and in the carbon content of retained austenite. The Mn and C contents measured by EDS and WDS analysis of TRIP-E steel, showed that grain refinement due to recrystallization contributes to diffusion of these elements in front of the ferrite/austenite interface during precipitation.

Com o envelhecimento das estruturas de concreto armado, ficou evidente sua deterioração num período de tempo muito menor do que o previsto, pois sempre foram consideradas construções de elevada vida útil. Entre os fenômenos de maior gravidade para a sua estabilidade estrutural está a corrosão das armaduras de aço. Visando melhorar o desempenho das construções, aumentando a vida útil e diminuindo custos com manutenção, esta dissertação propõe o desenvolvimento de um vergalhão com melhor resistência à corrosão, de microestrutura dual-phase. O objetivo principal foi propor uma rota de produção viável, agregando o mínimo de custo possível, de forma a se obter um produto competitivo. A simulação da produção do vergalhão, desde o refino na aciaria, passando por tratamento térmico e propriedades mecânicas, foi realizada com auxílio da termodinâmica computacional, através do software FactSage. A simulação consistiu de três etapas: 1) determinação das temperaturas A1 e A3 e janelas de tratamento térmico; 2) cálculo das propriedades mecânicas a partir de modelos empíricos; 3) comportamento das inclusões durante o refino, durante a solidificação e durante a laminação. O estudo das inclusões é importante porque os aços simulados possuem alto teor de silício (de 1% a 2,5% em massa), podendo precipitar óxidos sólidos nos moldes de lingotamento contínuo. O estudo termodinâmico apontou que a produção de vergalhões com aços dual-phase com alto teor de silício é possível e sugere-se a fabricação pela seguinte rota: aciaria elétrica convencional, com ajuste final do teor de silício após a desoxidação e adição de alumínio controlada para obter inclusões com 15% a 25% de Al2O3, ajuste da escória, rica em CaO, de maneira a obter inclusões favoráveis ao lingotamento contínuo e laminação, e após o último passe de laminação, têmpera por resfriamento em água online (Thermex/Tempcore). / With the aging of reinforced concrete structures, their premature wearing became evident. Among the phenomena of greater severity to the structural stability of buildings is the corrosion of the steel rebar. To improve the performance of these structures, increase their service life and reduce maintenance costs, this work proposes the development of a rebar with better corrosion resistance, with a dual-phase microstructure. The main objective was to propose a viable production route, which adds the least possible cost, so as to obtain a competitive product. The thermodynamic simulation of the rebar manufacturing, from steelmaking to heat treatment and mechanical properties was carried out with the aid of computational thermodynamics using the FactSage software. The simulation consisted of three steps: 1) determining the temperatures A1 and A3 and the heat treatment windows; 2) calculating the mechanical properties from empirical models; 3) analyzing the behavior of inclusions during refining, solidification and hot-rolling. The study of the inclusion system is important because the simulated steels have high silicon content (from 1% to 2.5% by weight) and solid oxides may precipitate in the continuous casting molds. As a result of the study, it was found that the production of rebars with dual-phase microstructure and high silicon content is possible and the manufacturing route proposed is as follows: conventional electric steelmaking, with final adjustment of the silicon content after deoxidation and controlled addition of aluminum to obtain inclusions with 15% to 25% of Al2O3, refining slag rich in CaO, in order to obtain inclusions favorable to continuous casting and hot-rolling, and direct water quenching after the final rolling step (Thermex / Tempcore processes).

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CAPA.pdf: 147633 bytes, checksum: 3c34cc1f4871957c46fad623f4fb2aae (MD5) Previous issue date: 2009-11-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the present work the influence of austenitizing temperature on mechanical properties Austempered Ductile Iron from intercritical austenitizing temperature ranges was investigated. A heat treatment for development of material with improved mechanical properties for application in suspension parts is shown. Samples of alloyed ductile iron with a fully ferritic matrix was austenitized within intercritical range between 775°C and 820°C for 5h and then austempered at 360°C for 2h to produce ductile iron with dual matrix; with different percentages of free ferrite. After the heat treatment, the samples were sends for mechanical testing (tensile, impact and hardness tests) and for metallographic analysis. The percentages of free ferrite ranged from 9,5 to 21%, new ferrite of 7 to 10%; the observation of new ferrite was made through special reagents. The austenite (ausferrite at room temperature) nucleates firstly in the eutectic cell. The intercritical austenitizing can be interpreted in two stages: 1) short times the austenite is found only in the eutectic cell or grain boundaries and 2) long times the austenitizing also occur inside of grain. Due long times of austenitizing, it is probably that this work has arrived to the equilibrium of phases in austenitizing, which explain fewer ferrite, when compared with other literature. Samples exhibited good combination mechanical properties, with high strength and excellent amount of elongation. The study presents fracture s microstructure from scan electron microscopy of tension s specimen, has noticed large dimples near graphite; quantities of cleavage s area increase with decrease ferrite in the microstructure. The materials show few secondary cracks, characteristic in tension tests of high strength irons. Quality index (IQ) were calculated for samples this work, specimen austenitized to 805°C has shown better result to tensile test. However, it is important to add that specimen austenitized to 790°C has shown better result to components that require impact strength. The result of mechanical properties achieved in this study follow an extrapolation of the values of international standard (ex. ASTM), which facilitates the normalizing this group of materials, including it in present standard of austempered ductile iron. / Estuda-se no presente trabalho a influência das temperaturas de austenitização nas propriedades mecânicas do ferro fundido nodular austemperado a partir da zona crítica. Apresenta-se um tratamento térmico para o desenvolvimento de materiais com propriedades mecânicas otimizadas para aplicação em componentes de suspensão. Amostras de ferro fundido nodular ligado com matriz inicialmente ferrítica foram austenitizadas dentro da zona crítica entre 775 e 820°C por 5h e então transferidos para austêmpera a 360°C por 2h para produzir ferros fundidos nodulares com matriz dual; com diferentes percentagens de ferrita proeutetóide. Após o tratamento térmico, as amostras foram encaminhadas para ensaios mecânicos de tração, impacto e dureza, seguindo então para análise metalográfica. As percentagens de ferrita proeutetóide variaram de 9,5 a 21%, e as quantidades de ferrita nova foram de 7 a 10%; a observação da ferrita nova foi através do uso de reagentes especiais. Os locais preferenciais para o início da transformação de ferrita para austenita (ausferrita a temperatura ambiente) foram os contornos de células eutéticas. A austenitização intercrítica pode ser interpretada em dois estágios: 1) curtos tempos - a austenita encontra-se apenas em contornos de célula eutética e de grão e 2) longos tempos a austenitização ocorre também dentro do grão. Devido aos longos tempos de austenitização empregados, é provável que neste trabalho se esteja próximo ao equilíbrio de fases na austenitização, o que explica as menores quantidades de ferrita obtidas, quando comparado com vários trabalhos da literatura. As amostras apresentaram boas combinações de propriedades mecânicas, com elevadas resistências e ótimos valores de alongamento. Apresentaram-se fractografias obtidas via microscopia eletrônica de varredura dos corpos de prova de tração, onde se observaram grandes quantidades de alvéolos próximos dos nódulos; a quantidade de áreas com clivagem cresce com a diminuição de ferrita na microestrutura. Além disso, os materiais apresentaram poucas trincas secundárias, característica típica em ensaios de tração de ferros fundidos de alta resistência. Foram calculados os índices de qualidade (IQ) para as amostras do trabalho, sendo que a amostra austenitizada a 805°C foi a que apresentou melhor resultado em ensaios de tração. Porém, vale ressaltar que a amostra austenitizada a 790°C apresentou melhores resultados para componentes que exigem resistência ao impacto. Os valores de propriedades mecânicas obtidos seguem uma extrapolação dos valores das normas internacionais (por ex, da ASTM), o que facilita a normalização deste grupo de materiais, incluindo-o nas normas atuais de nodulares austemperados.

Com o envelhecimento das estruturas de concreto armado, ficou evidente sua deterioração num período de tempo muito menor do que o previsto, pois sempre foram consideradas construções de elevada vida útil. Entre os fenômenos de maior gravidade para a sua estabilidade estrutural está a corrosão das armaduras de aço. Visando melhorar o desempenho das construções, aumentando a vida útil e diminuindo custos com manutenção, esta dissertação propõe o desenvolvimento de um vergalhão com melhor resistência à corrosão, de microestrutura dual-phase. O objetivo principal foi propor uma rota de produção viável, agregando o mínimo de custo possível, de forma a se obter um produto competitivo. A simulação da produção do vergalhão, desde o refino na aciaria, passando por tratamento térmico e propriedades mecânicas, foi realizada com auxílio da termodinâmica computacional, através do software FactSage. A simulação consistiu de três etapas: 1) determinação das temperaturas A1 e A3 e janelas de tratamento térmico; 2) cálculo das propriedades mecânicas a partir de modelos empíricos; 3) comportamento das inclusões durante o refino, durante a solidificação e durante a laminação. O estudo das inclusões é importante porque os aços simulados possuem alto teor de silício (de 1% a 2,5% em massa), podendo precipitar óxidos sólidos nos moldes de lingotamento contínuo. O estudo termodinâmico apontou que a produção de vergalhões com aços dual-phase com alto teor de silício é possível e sugere-se a fabricação pela seguinte rota: aciaria elétrica convencional, com ajuste final do teor de silício após a desoxidação e adição de alumínio controlada para obter inclusões com 15% a 25% de Al2O3, ajuste da escória, rica em CaO, de maneira a obter inclusões favoráveis ao lingotamento contínuo e laminação, e após o último passe de laminação, têmpera por resfriamento em água online (Thermex/Tempcore). / With the aging of reinforced concrete structures, their premature wearing became evident. Among the phenomena of greater severity to the structural stability of buildings is the corrosion of the steel rebar. To improve the performance of these structures, increase their service life and reduce maintenance costs, this work proposes the development of a rebar with better corrosion resistance, with a dual-phase microstructure. The main objective was to propose a viable production route, which adds the least possible cost, so as to obtain a competitive product. The thermodynamic simulation of the rebar manufacturing, from steelmaking to heat treatment and mechanical properties was carried out with the aid of computational thermodynamics using the FactSage software. The simulation consisted of three steps: 1) determining the temperatures A1 and A3 and the heat treatment windows; 2) calculating the mechanical properties from empirical models; 3) analyzing the behavior of inclusions during refining, solidification and hot-rolling. The study of the inclusion system is important because the simulated steels have high silicon content (from 1% to 2.5% by weight) and solid oxides may precipitate in the continuous casting molds. As a result of the study, it was found that the production of rebars with dual-phase microstructure and high silicon content is possible and the manufacturing route proposed is as follows: conventional electric steelmaking, with final adjustment of the silicon content after deoxidation and controlled addition of aluminum to obtain inclusions with 15% to 25% of Al2O3, refining slag rich in CaO, in order to obtain inclusions favorable to continuous casting and hot-rolling, and direct water quenching after the final rolling step (Thermex / Tempcore processes).

Estudou-se a cinética das transformações de fase em resfriamento contínuo e em tratamentos isotérmicos de cinco ligas de aços TRIP microligados com Nb, contendo teores variáveis de Mn e Si, através de ensaios dilatométricos, de caracterização morfológica dos produtos de transformação e de cálculos termodinâmicos e simulações numéricas usando os programas Thermocalc ® e Dictra®. Foram determinados os diagramas RC para a transformação da austenita, e foi estudada a influência da precipitação de ferrita pró-eutetóide e de bainita na fração volumétrica de austenita retida. Através dos diagramas de resfriamento contínuo foi possível delimitar a extensão do campo intercrítico dos cinco aços analisados, com determinação da janela de resfriamento e seus intervalos de temperaturas. Isso permitiu projetar os ciclos de resfriamento controlado a serem aplicados durante o processamento termomecânico dos Aços TRIP-D, TRIP-E e TRIP-H. Os cálculos pelo modelo numérico de redistribuição de carbono e de elementos substitucionais na interface ferrita/austenita, bem como as medidas de microanálise química por WDS e EDS permitiram verificar que a taxa de crescimento da ferrita pró-eutetóide é controlada pela difusão do carbono na austenita. Para tempos curtos de tratamento, o modelo de crescimento que melhor se ajusta é o do equilíbrio local com partição negligível de soluto. Verificou-se através de tratamentos isotérmicos no campo bainítico, que o silício atrasa a precipitação de carbonetos durante a reação bainítica, o que justifica o aumento da estabilidade da austenita retida no aço de maior Si (TRIP-H), quando comparado com o aço de menor Si (TRIP-E). Baseado nos resultados dos estudos das transformações de fase por resfriamento contínuo foram selecionadas as ligas TRIP-D, TRIP-E e TRIP-H, para simular dois esquemas de laminação controlada por meio de ensaios de torção a quente. Nesses ensaios foram variados o grau de deformação e a temperatura de acabamento, de modo a estudar os efeitos dos parâmetros de deformação mecânica na fração transformada dos diferentes constituintes microestruturais, e em particular na fração volumétrica de austenita retida. O primeiro ensaio refere-se à laminação controlada por recristalização estática (LCRE) e o segundo à laminação convencional (LCC), com temperatura de acabamento de 1030°C e 850°C, respectivamente. O resfriamento consistiu em dois tratamentos isotérmicos consecutivos: o primeiro no campo intercrítico (austenita + ferrita), e o segundo no campo bainítico. O aumento do grau de deformação na simulação por torção a quente da laminação controlada por recristalização estática, levou a um aumento da porcentagem de austenita retida obtida durante o resfriamento controlado (de 9 a 14,0 %). O acúmulo de energia de deformação abaixo da TNR na simulação do processo de laminação controlada convencional provocou uma diminuição da fração volumétrica de austenita retida bem como da concentração de carbono contido nela. Os perfis de Mn e C obtidos a partir de análises químicas com EDS e WDS em amostras do aço TRIP-E, deformadas com deformação total de 2,1 e deformação total de 2,8, mostram a contribuição do refinamento de grão para a difusão destes elementos na frente da interface ferrita/austenita, durante a precipitação de ferrita pró-eutetóide. / The phase transformation kinetics of five Nb microalloyed Si-Mn TRIP steels was studied under continuous cooling and isothermal treatments, using dilatometric techniques, morphologic characterization, Thermocalc computational thermodynamics and Dictra numerical simulation. WDS and EDS X-ray microanalysis and Dictra numerical modeling of C, Mn and Si distribution during transformation showed that the reaction is carbon diffusion controlled and growth occurs under local equilibrium with negligible partition. CCT diagrams for austenite transformation were determined and the effect of the amount of proeutectoid ferrite and bainite precipitation on the volume fraction of retained austenite was also estimated. The CCT diagrams allowed determining the boundaries of the critical zone and the processing window to obtain bainite plus austenite microstructures. Based on this information cooling cycles were selected to perform thermomechanical treatments. Three TRIP steels were selected to simulate, in a hot torsion testing machine, two different controlled rolling sequences: Recrystallization Controlled Rolling and Conventional Controlled Rolling. The influence of the degree of deformation and the finishing temperature on the amount of retained austenite was studied. After rolling the cooling cycle comprised two isothermal treatments, one in the austenite + ferrite field and the other in the bainitic field. Increasing the strain during simulation of Recrystallization Controlled Rolling led to an increase in the volume fraction of retained austenite to the range 9 to 14 %. The energy stored during simulation bellow TNR of the Conventional Controlled Rolling led to a decrease in the volume fraction and in the carbon content of retained austenite. The Mn and C contents measured by EDS and WDS analysis of TRIP-E steel, showed that grain refinement due to recrystallization contributes to diffusion of these elements in front of the ferrite/austenite interface during precipitation.

The third-generation advanced high strength steels, AHSS, represent an opportunity for today’s steel development, where lighter materials with maintained strength and toughness are in demand. The unique properties of these materials often stem from a tailored microstructure. In the continued development of these steels, without relying on expensive alloying methods, process design in the form of precise heat treatments plays an increasingly important role. This work focuses on Medium Mn AHSS with the aim of investigating one of these heat treatments, intercritical annealing, which is essential for achieving the desired material properties. Experimental testing of annealing effects is acknowledged to be a challenging process, and this study aims to present a novel approach for these types of tests. During experimental testing of intercritical annealing, the thermomechanical testing system Gleeble 3800 is a recognized tool. The mounting technique employed in the Gleeble results in an inhomogeneous heat distribution in the samples, generating a thermal gradient. This report aims to utilize this gradient as an opportunity to test the effect of several intercritical annealing temperatures on one sample, thereby increasing the efficiency of experimental work. The method is based on data retrieved from thermocouples attached to the specimen during Gleeble trials with the intent to identify the thermal gradient. This data is combined with x-ray diffraction measurements where the retained austenite fraction is measured. Thermodynamic calculations of expected retained austenite fraction following intercritical annealing are performed parallel to experimental work. The results of this work show that it is possible to utilize the thermal gradient to retrieve extensive data regarding the effect of intercritical annealing using only one sample. The results show a distinct thermal gradient and a corresponding gradient of retained austenite fraction along the specimen. The results for retained austenite fraction at room temperature can be rationalized on the basis of computational predictions. These variations potentially arise due to the material not reaching equilibrium within the annealing timeframe. This conclusion is supported by other computational results concerning austenite composition. In summary, the present work illustrates a new approach streamlining experimental work that, with some refinements, has the potential to benefit the broader scienitific community, in addition to providing a powerful new tool for rapid technological advancement in the steel industry / Tredje generationens avancerade höghållfasta stål representerar en möjlighet för dagens stålutveckling där lättare material med bibehållen styrka och seghet efterfrågas. De unika egenskaperna hos dessa material härrör ofta frän en skräddarsydd mikrostruktur. Vid fortsatt utveckling av dessa stål är det önskvärt att minimera användningen av legeringsämnen, vilket betyder att processdesign i form av korrekta värmebehandlingar blir  av  stor  betydelse.  Detta  arbete  fokuserar  på  Medium  Mn  avancerade höghållfasta stål med syftet att undersöka en av dessa värmebehandlingar, interkritisk glödgning,  vilken  har  en  avgörande  betydelse  för  att  uppnå önskad  prestanda. Experimentell  testning  av  glödgningseffekter  anses  vara  en  utmanande  process och avsikten med denna studie är att presentera ett nytt tillvägagångssätt för denna typ av test. Under experimentell utvärdering av glödgningseffekter används ofta det termomekaniska testsystemet  Gleeble  3800.  Provmonteringen  i  Gleeblen  resulterar i en  inhomogen värmefördelning i proverna vilket medför en temperaturgradient. Denna rapport syftar till att använda gradienten som en möjlighet att testa effekten av flera  glödgningstemperaturer  på  ett  enda  prov  och  därigenom  öka  effektiviteten i det  experimentella  arbetet.  Metoden  grundas  på  data  från  termoelement  fästa  på provet under Gleebleförsök, med avsikt att identifiera den termiska gradienten. Denna data kombineras sedan med XRD-mätningar där austenitfraktion efter värmebehandling utvärderas.  Termodynamiska  beräkningar  av  förväntad  austenitfraktion  efter interkritisk glödgning genomförs parallellt med experimentellt arbete. Resultaten  från  detta  arbete  påvisar  att  den  presenterade  metoden  är  genomförbar då omfattande data gällande interkritisk glödgningseffekt grundat på endast ett prov erhålls. Resultaten visar en tydlig termisk gradient och en motsvarande gradient av austenitfraktion längs provet, vilka är i överensstämmelse med tidigare experimentella resultat för samma material. Resultaten för austenitfraktion vid rumstemperatur uppvisar  betydande  likheter  med  de  termodymiska  beräkningarna, med  några  undantag. Orsaken till dessa variationer ¨ar troligen en otillräcklig glödgningstid, vilket gör att  materialet  inte  når  jämvikt.  Denna  hypotes  stöds  av andra  beräkningsresultat gällande austenitens sammansättning. Sammanfattningsvis presenterar denna rapport ett nytt tillvägagångssätt för att effektivisera experimentellt arbete, som med vissa förbättringar har potential att gynna det bredare forskarsamhället.