Abstract In this thesis, the hot deformation behavior of stabilized 12–27% Cr ferritic stainless steels was investigated in order to find ways to improve the current hot rolling schedules for enhancing texture structures and deep drawability of the end product. Hot deformation was studied using axial and plane strain compression in two thermomechanical simulators: a Gleeble and a TMC machine. In addition to flow stress measurements, the resultant microstructures and textures were investigated using electron backscatter diffraction (EBSD), and the dislocation structures using transmission electron microscopy (TEM). In the case of 21% Cr steel, industrial multi-pass hot rolling, including low finish rolling temperatures, was simulated in order to investigate the microstructure and texture development under varying deformation conditions. Flow behavior of high-Cr ferritic stainless steels during hot deformation was mainly controlled by intense dynamic recovery. However, the deformation conditions greatly affected the extent of dynamic recovery. Cr increased the flow stress through solid solution hardening, although increasing the Cr content reduced the activation energy for hot deformation. Two modeling approaches for flow stress were successfully applied: an empirical constitutive equation and a dislocation density-based flow stress model. Continuous dynamic recrystallization was identified regardless of the Zener-Hollomon parameter, whereas discontinuous dynamic recrystallization was not observed. Static recrystallization slowed down towards the completion of the process, and especially the α fiber grains were difficult to recrystallize. Static recrystallization was enhanced by lowering the deformation temperature to 800 °C or below due to the accelerating effect of in-grain shear bands on the static recrystallization kinetics. However, an intensifying effect on γ fiber texture development was achieved after deformation at 600 °C or below. Two different improved process routes for hot rolling were proposed based on the results: 1) sufficiently long inter-pass times together with lowering the finish rolling temperature in order to promote static recrystallization during inter-pass times and hot band annealing, and 2) hot band annealing preceded by a warm rolling procedure, in which thin gauge hot band is produced by multiple heavy warm rolling deformation passes. / Tiivistelmä Tässä väitöstyössä tutkittiin stabiloitujen 12–27 % kromia sisältävien ferriittisten ruostumattomien terästen käyttäytymistä kuumamuokkauksessa tavoitteena kehittää nykyisin käytössä olevia kuumamuokkauskäytäntöjä lopputuotteen tekstuurirakenteen ja siten sen syvävedettävyyden parantamiseksi. Kuumamuokkausta simuloitiin sylinteri- ja tasomuodonmuutospuristuskokeilla Gleeble- ja TMC-laitteistoissa. Kokeista saatuja jännitys–venymä-käyriä analysoitiin ja syntyneet mikrorakenteet ja tekstuuri tutkittiin EBSD-menetelmällä pyyhkäisyelektronimikroskoopissa sekä dislokaatio- ja erkaumarakenteet läpäisyelektronimikroskoopilla. Lisäksi 21 % kromia sisältävälle teräkselle tehtiin monipistoista kuumavalssausta simuloivia puristuskokeita, joissa varioitiin myös valssauksen lopetuslämpötilaa ja jäähtymisnopeutta. Jännitys–venymä-käyriä mallinnettiin käyttäen sekä empiirisiä yhtälöitä että dislokaatiotiheyteen perustuvaa fysikaalista mallia. Kromipitoisuus kasvatti muodonmuutosvastusta mutta pienensi deformaation aktivaatioenergiaa. Dynaaminen toipuminen oli erittäin voimakasta kuumamuokkauslämpötiloissa, joskin lämpötila ja muodonmuutosnopeus vaikuttivat merkittävästi sen määrään. Jatkuvan dynaamisen rekristallisaation todettiin tapahtuvan riippumatta Zener-Hollomon -parametrin arvosta, mutta epäjatkuvaa dynaamista rekristallisaatiota ei havaittu. Staattinen rekristallisaatio hidastui, kun rekristallisaatioaste saavutti 90 %, ja erityisesti α-rungon rakeet pyrkivät vain toipumaan. Staattista rekristallisaatiota pystyttiin voimistamaan laskemalla muokkauslämpötila 800 °C:een tai sen alle, jolloin rakeiden sisälle syntyi staattisen rekristallisaation ydintymistä nopeuttavia leikkausnauhoja. γ-rungon intensiteetti voimistui rekristallisaatiossa kuitenkin vasta, kun muokkauslämpötila oli 600 °C tai tätä matalampi. Koetulosten perusteella ehdotettiin kahta erilaista kuumavalssauspraktiikkaa, joiden avulla kuumanauhan ominaisuuksia voidaan parantaa: 1) staattisen rekristallisaation edistäminen sekä pistojen välillä että kuumanauhahehkutuksessa käyttämällä pitkiä pistojen välisiä aikoja sekä laskemalla valssauksen lopetuslämpötilaa, tai 2) kuumanauhahehkutus yhdistettynä edeltävään voimakkaaseen lämminvalssaukseen, jolloin on mahdollista valmistaa ohutta kuumanauhaa.

Abstract Image description plays an important role in representing inherent properties of entities and scenes in static images. Within the last few decades, it has become a fundamental issue of many practical vision tasks, such as texture classification, face recognition, material categorization, and medical image processing. The study of static image analysis can also be extended to video analysis, such as dynamic texture recognition, classification and synthesis. This thesis contributes to the research and development of image and video analysis from two aspects. In the first part of this work, two image description methods are presented to provide discriminative representations for image classification. They are designed in unsupervised (i.e., class labels of texture images are not available) and supervised (i.e., class labels of texture images are available) manner, respectively. First, a supervised model is developed to learn discriminative local patterns, which formulates the image description as an integrated three-layered model to estimate an optimal pattern subset of interest by simultaneously considering the robustness, discriminative power and representation capability of features. Second, in the case that class labels of training images are unavailable, a linear configuration model is presented to describe microscopic image structures in an unsupervised manner, which is subsequently combined together with a local descriptor: local binary pattern (LBP). This description is theoretically verified to be rotation invariant and is able to provide a discriminative complement to the conventional LBPs. In the second part of the thesis, based on static image description and deformable image registration, video analysis is studied for the applications of dynamic texture description, synthesis and recognition. First, a dynamic texture synthesis model is proposed to create a continuous and infinitely varying stream of images given a finite input video, which stitches video clips in the time domain by selecting proper matching frames and organizing them into a logical order. Second, a method for the application of facial expression recognition, which formulates the dynamic facial expression recognition problem as the construction of longitudinal atlases and groupwise image registration problem, is proposed. / Tiivistelmä Kuvan deskriptiolla on tärkeä rooli staattisissa kuvissa esiintyvien luontaisten kokonaisuuksien ja näkymien kuvaamisessa. Viime vuosikymmeninä se on tullut perustavaa laatua olevaksi ongelmaksi monissa käytännön konenäön tehtävissä, kuten tekstuurien luokittelu, kasvojen tunnistaminen, materiaalien luokittelu ja lääketieteellisten kuvien analysointi. Staattisen kuva-analyysin tutkimusala voidaan myös laajentaa videoanalyysiin, kuten dynaamisten tekstuurien tunnistukseen, luokitteluun ja synteesiin. Tämä väitöskirjatutkimus myötävaikuttaa kuva- ja videoanalyysin tutkimukseen ja kehittymiseen kahdesta näkökulmasta. Työn ensimmäisessä osassa esitetään kaksi kuvan deskriptiomenetelmää erottelukykyisten esitystapojen luomiseksi kuvien luokitteluun. Ne suunnitellaan ohjaamattomiksi (eli tekstuurikuvien luokkien leimoja ei ole käytettävissä) tai ohjatuiksi (eli luokkien leimat ovat saatavilla). Aluksi kehitetään ohjattu malli oppimaan erottelukykyisiä paikallisia kuvioita, mikä formuloi kuvan deskriptiomenetelmän integroituna kolmikerroksisena mallina - tavoitteena estimoida optimaalinen kiinnostavien kuvioiden alijoukko ottamalla samanaikaisesti huomioon piirteiden robustisuus, erottelukyky ja esityskapasiteetti. Seuraavaksi, sellaisia tapauksia varten, joissa luokkaleimoja ei ole saatavilla, esitetään työssä lineaarinen konfiguraatiomalli kuvaamaan kuvan mikroskooppisia rakenteita ohjaamattomalla tavalla. Tätä käytetään sitten yhdessä paikallisen kuvaajan, eli local binary pattern (LBP) –operaattorin kanssa. Teoreettisella tarkastelulla osoitetaan kehitetyn kuvaajan olevan rotaatioinvariantti ja kykenevän tuottamaan erottelukykyistä, täydentävää informaatiota perinteiselle LBP-menetelmälle. Työn toisessa osassa tutkitaan videoanalyysiä, perustuen staattisen kuvan deskriptioon ja deformoituvaan kuvien rekisteröintiin – sovellusaloina dynaamisten tekstuurien kuvaaminen, synteesi ja tunnistaminen. Aluksi ehdotetaan sellainen malli dynaamisten tekstuurien synteesiin, joka luo jatkuvan ja äärettömän kuvien virran annetusta äärellisen mittaisesta videosta. Menetelmä liittää yhteen videon pätkiä aika-avaruudessa valitsemalla keskenään yhteensopivia kuvakehyksiä videosta ja järjestämällä ne loogiseen järjestykseen. Seuraavaksi työssä esitetään sellainen uusi menetelmä kasvojen ilmeiden tunnistukseen, joka formuloi dynaamisen kasvojen ilmeiden tunnistusongelman pitkittäissuuntaisten kartastojen rakentamisen ja ryhmäkohtaisen kuvien rekisteröinnin ongelmana.

Abstract The effect of austenite pancaking in the non-recrystallisation regime on microstructure and mechanical properties, especially bendability, was investigated in direct-quenched ultrahigh-strength strip steels with martensitic-bainitic microstructures. Lowering the finishing rolling temperature (FRT) increased total reduction in the non-recrystallisation region (R tot). Niobium microalloying increased Rtot while variations in C, Mn and Mo did not affect Rtot to the same extent as Nb. A decrease in the FRT increased the incidence of softer microstructures such as ferrite and granular bainite in the subsurface layers. The microstructures at the centreline were comprised of auto-tempered martensite with some bainite. An increase in Rtot strengthens the intensities of the ~{554}<225>α and ~{112}<110>α texture components at the centreline and the components ~{112}<111>α and ~{110}<112>α - {110}<111>α at the strip subsurface. Bendability is poorer with the bend axis perpendicular rather than parallel to the rolling direction (RD) and is further impaired with increasing hardness below the sheet surface. An intense ~{112}<111>α shear texture combined with upper bainite containing MA islands in the subsurface region is shown to be detrimental to bendability when the bend axis is perpendicular to the RD. This anisotropy of bendability can be explained by the appearance of geometric softening in grain clusters belonging to this texture component when the bend axis is perpendicular to the RD. Shear localisation is prevented, however, by the presence of a sufficiently thick subsurface microstructure having adequate work hardening capacity, i.e., ferrite + granular bainite rather than ferrite + upper bainite. The strain required to initiate strain localisation can be increased and good bendability thereby achieved—even in the presence of detrimental texture components—by ensuring the presence of a sufficiently soft subsurface layer extending to a depth of approximately 5% of the total sheet thickness. The above beneficial microstructures can be obtained and good bendability ensured in direct-quenched strip steel with a yield stress above 900 MPa together with good impact toughness, provided a suitable combination of chemical composition and processing parameters is selected and sufficient attention is paid to steelmaking operations to obtain a proper inclusion structure. / Tiivistelmä Austeniitin muokkauksen vaikutusta mikrorakenteeseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin, erityisesti särmättävyyteen, tutkittiin suorasammutetuilla martensiittis-bainiittisilla suurlujuusnauhateräksillä. Kuumavalssauksen lopetuslämpötilan lasku kasvatti austeniitin kokonaisreduktiota ei-rekristallisaatioalueella. Mikroseostus niobilla kasvatti myös kokonaisreduktiota, kun taasen muutokset C-, Mn- ja Mo -pitoisuuksissa eivät vaikuttaneet yhtä voimakkaasti. Valssauksen lopetuslämpötilan lasku kasvatti pehmeämpien mikrorakenteiden, kuten ferriitin ja granulaarisen bainiitin, määrää nauhan pintakerroksessa. Terästen keskilinjan mikrorakenteet koostuivat pääasiassa itsepäässeestä martensiitista sekä pienestä määrästä bainiittia. Kokonaisreduktion kasvu voimisti ~{554}<225>α - ja ~{112}<110>α -tekstuurikomponentteja keskilinjalla sekä ~{112}<111>α- ja ~{110}<112>α - {110}<111>α -komponentteja nauhan pintakerroksessa. Särmättävyys oli huonompi särmän ollessa poikittain valssaussuuntaan nähden kuin pitkittäin. Pintakerroksen kovuuden kasvu heikensi särmättävyyttä. Pintakerroksen voimakas ~{112}<111>α -leikkaustekstuuri, yläbainiitin ja MA-saarekkeiden läsnä ollessa, osoittautui haitalliseksi särmän ollessa poikittain valssaussuuntaan nähden. Särmättävyyden anisotrooppisuus voidaan selittää geometrisella pehmenemisellä rakeissa, joissa kyseinen tekstuurikomponentti on voimakas. Leikkausmyötymän paikallistuminen estyy, kun pinnassa on riittävän paksu hyvän muokkauslujittumiskyvyn omaava kerros, mikä sisältää esim. ferriittiä ja granulaarista bainiittia, mutta ei ferriittiä ja yläbainiittia. Särmättävyys osoittautui pysyvän hyvänä huolimatta haitallisesta tekstuurikomponentista, kun pehmeä pintakerros ulottui noin 5 % syvyydelle levyn paksuudesta. Edellä mainitut mikrorakenteet ja hyvä särmättävyys voidaan saavuttaa suorasammutetuilla yli 900 MPa myötölujuuden nauhateräksillä yhdessä hyvän iskusitkeyden kanssa, kunhan valitaan sopiva kemiallisen koostumuksen ja valmistusparametrien yhdistelmä sekä kiinnitetään huomiota teräksen sulkeumapuhtauteen.