Göran Engberg: Mechanical properties of martensitic steel

Göran Engberg

Dalarna University, www.du.se


Background

  • Part of project COLDMAT

  • EBSD studies

  • 4 martensitic steel with different carbon contents and strength levels


Docol steels

Almost equal hardening at large strains for ferritic and martensitic steels and mixtures of ferrite and martensite.

 

 

Composition weight-%

 

Martensite start temperature

Carbon content, Caustenit, has been calculated at 900oC assuming equilibrium using ThermoCalc.

 

 

 

Lattmartensit

Lattmartensitens substruktur består av dislokationer och mellan lattarna finns restaustenit.

Fina transformationstvillingar kan också hittas i Fe-C lattmartensit och tvillingbildningen ökar med ökande kolhalt tillsammans med minskande Ms temperatur och lägre atermiskt omvandlingsområde för lattmartensit. Se figuren nedan.

Vid analys av relationen mellan styrka och strukur i lattmartensit är block-, paket- och tidigare austenitkornstorlek viktiga parametrar, vilket tyder på att kornstorleken påverkar styrkan i martensiten.

Morito med flera ha visat att då kolhalten ökar så minskar block- och paketstorleken i Fe-C legeringar. Detta ses i figuren nedan.

Fjärilsmartensit

Två typer av submikrostruktur:

  • Bestående av delvis dislokationer och tvillingar. Tillväxten liknar linsformade martensiten, dvs. vingarna växer från mittnerven in i austeniten från en eller två sidor och karaktäriseras av tjockare vingar.

  • Bestående av dislokationer. Karaktäriseras av tunna vingar , utan mittnerv, med jämna och raka austenit-martensit gränsskickt.

Figuren visar ett högkolhaltig stål:

True stress-strain curves in rolling direction

 

Dislocation evolution model

 

Weldox 1300, undeformed. High angle grain boundaries (black) >= 10o

 

Weldox 1300, undeformed. Low angle boundaries (white) >= 1o

 

Distance of slip, L

Weldox 1300


Hardox 500

 

Influence of strain rate

 

Solution hardening

 

 

Hardening contribution from C

solution hardening by C strain rate 1e-3 /s

 



 

 

Annealing (tempering)

 

Athermal part of flow stress, Weldox

 

Constant L = 0.3 µm
For Hardox 500 L = 0.22 µm

 

Optimized parameters

*) deformed after ageing at room temperature (~3 years)

 

Youngs modulus

 

Taylor factor, m

 

Conclusions

  • Solution hardening of carbon gives right strain-rate dependence

  • no significant change in L with deformation

  • only small changes in Youngs modulus and Taylor factor with deformation

  • σ0 seems to be caused by solution hardening of carbon only

 

 

 

Göran Engberg, gen@du.se

Dalarna University, www.du.se