Preventing Abnormal Grain Growth of Austenite in Low Alloy Steels

International audienceno abstrac

Precipitation and grain growth modelling in Ti-Nb microalloyed steels

Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Design and development of complex phase steels with improved combination of strength and stretch-flangeability

This study presents the design and development of a hot-rolled bainitic steel, presenting a good combination of strength and stretch-flangeability, for automotive applications. Ti, Nb, and Mo were added in the steel composition in order to control austenite grain sizes, enhance precipitation hardening, and promote the formation of bainite. This study focuses on the effect of process parameters on final microstructures and mechanical properties. These parameters are the finishing rolling temperature, which conditions the austenite microstructure before its decomposition, and the coiling temperature, which conditions the nature and morphology of the ferritic phases transformed. A preliminary study allowed to determine the austenite grain growth behavior during reheating, the recrystallization kinetics, and the continuous cooling transformation curves of the studied steel. Then, a first set of parameters was tested at a semi-industrial scale, which confirmed that the best elongation properties were obtained for homogeneous bainitic lath/granular microstructures, that can be produced by choosing a coiling temperature of 500 °C . When choosing those parameters for the final industrial trial, the microstructure obtained consisted of a homogeneous lath/granular bainite mixture that presented a Ultimate Tensile Strength of 830 MPa and a Hole Expansion Ratio exceeding 70%.Peer ReviewedPostprint (published version

Development of Temperature-Controlled Shear Tests to Reproduce White-Etching-Layer Formation in Pearlitic Rail Steel

The formation of a white etching layer (WEL), a very hard and brittle phase on the rail surface, is associated with a progressive transformation of the pearlitic grain to very fragmented grains due to the cumulative passage of trains. Its formation is associated with a complex thermomechanical coupling. To predict the exact conditions of WEL formation, a thermomechanical model previously proposed by the authors needs to be validated. In this study, monotonic and cyclic shear tests using hat-shaped specimens were conducted in the temperature range of 20 C to 400 C to reproduce the WEL formation. The tests showed a strong sensitivity of the material to temperature, which does not necessarily favor WEL formation. For the monotonic tests, no WELs were produced; however, a localization of the plastic deformation was observed for tests performed at 200 C and 300 C. In this temperature range, the material was less ductile than at room temperature, leading to failure before WEL formation. At 400 C, the material exhibited a much more ductile behavior, and nanograins close to WEL stages were visible. For the cyclic tests, a WEL zone was successfully reproduced at room temperature only and confirmed the effect of shear in WEL formation. The same cyclic tests conducted at 200 C and 300 C yielded results consistent with those of the monotonic tests; the deformation was much more localized and did not lead to WEL formation.This work is part of the multi-disciplinary project MOPHAB, which aims to improve our knowledge and understanding of the mechanisms leading to the formation of the white etching layer in the materials used to construct railways and to develop corresponding numerical models. This project was supported by IRT Railenium and other industrial partners (RATP: Régie Autonome des Transports Parisiens, France, SNCF: Société Nationale des Chemins de Fer Francais, France, SAARSTAHL rail)

Microstructure à fine échelle d'alliages à propriétés de magnétorésistance géante: relation avec les propriétés magnétiques. Cas de rubans de Cu80FexNi20-x (x=5,10,15 at%)

A magnetoresistive material is a material whose electrical resistance varies when a magnetic field is applied. The aim of this study is to link the different structural parameters with magnetic and giant magnetoresistance properties of granular Cu80FexNi20-x (at%) ribbons. First part, the effect of the composition is presented. Then, the microstructure of a Cu80Fe10Ni10 (at%) ribbon, presenting the highest magnetoresistance, was characterized precisely from a micrometer scale down to an atomic scale. The sample consists of fcc (Fe,Ni)-rich precipitates coherent with the matrix rich in copper. The study of the magnetic properties of this ribbon has shown that magnetic interactions are present that reduce MRG. Structural data (size and composition distributions, precipitates volume fractions and density, interface width...) were correlated with magnetic properties.Un matériau magnétorésistif voit sa résistance électrique varier lorsqu'un champ magnétique lui est appliqué. Le but de cette étude est de relier les différents paramètres structuraux aux propriétés magnétiques et de magnétorésistance de systèmes granulaires de Cu80FexNi20-x (at%) élaborés sous forme de rubans. L'influence de la composition de l'alliage est d'abord présenté. Puis, la microstructure d'un ruban de Cu80Fe10Ni10(at%), présentant le maximum de magnétorésistance, a été précisément caractérisée de l'échelle microscopique à l'échelle atomique. Cet échantillon est constitué de précipités fcc riches en fer et en nickel cohérents avec la matrice riche en cuivre. L'étude des propriétés magnétiques de ce ruban a permis de montrer que des interactions magnétiques sont présentes qui diminuent la MRG. Les paramètres structuraux (distributions de taille et de composition, fraction volumique et densité de précipités, largeur des interfaces...) ont été corrélés aux propriétés magnétiques

Microstructure à fine échelle d'alliages à propriétés de magnétorésistance géante: relation avec les propriétés magnétiques. Cas de rubans de Cu80FexNi20-x (x=5,10,15 at%)

A magnetoresistive material is a material whose electrical resistance varies when a magnetic field is applied. The aim of this study is to link the different structural parameters with magnetic and giant magnetoresistance properties of granular Cu80FexNi20-x (at%) ribbons. First part, the effect of the composition is presented. Then, the microstructure of a Cu80Fe10Ni10 (at%) ribbon, presenting the highest magnetoresistance, was characterized precisely from a micrometer scale down to an atomic scale. The sample consists of fcc (Fe,Ni)-rich precipitates coherent with the matrix rich in copper. The study of the magnetic properties of this ribbon has shown that magnetic interactions are present that reduce MRG. Structural data (size and composition distributions, precipitates volume fractions and density, interface width...) were correlated with magnetic properties.Un matériau magnétorésistif voit sa résistance électrique varier lorsqu'un champ magnétique lui est appliqué. Le but de cette étude est de relier les différents paramètres structuraux aux propriétés magnétiques et de magnétorésistance de systèmes granulaires de Cu80FexNi20-x (at%) élaborés sous forme de rubans. L'influence de la composition de l'alliage est d'abord présenté. Puis, la microstructure d'un ruban de Cu80Fe10Ni10(at%), présentant le maximum de magnétorésistance, a été précisément caractérisée de l'échelle microscopique à l'échelle atomique. Cet échantillon est constitué de précipités fcc riches en fer et en nickel cohérents avec la matrice riche en cuivre. L'étude des propriétés magnétiques de ce ruban a permis de montrer que des interactions magnétiques sont présentes qui diminuent la MRG. Les paramètres structuraux (distributions de taille et de composition, fraction volumique et densité de précipités, largeur des interfaces...) ont été corrélés aux propriétés magnétiques

Microstructure à fine échelle d alliages à propriétés de magnétorésistance géante (relation avec les propriétés magnétiques. Cas de Rubans Cu80FexNi20-x (x=5,10,15 at%))

Un matériau magnétorésistif voit sa résistance électrique varier lorsqu un champ magnétique lui est appliqué. Le but de cette étude est de relier les différents paramètres structuraux aux propriétés magnétiques et de magnétorésistance de systèmes granulaires de Cu80FexNi20-x (at%) élaborés sous forme de rubans. L influence de la composition de l alliage est d abord présenté. Puis, la microstructure d un ruban de Cu80Fe10Ni10(at%), présentant le maximum de magnétorésistance, a été précisément caractérisée de l échelle microscopique à l échelle atomique. Cet échantillon est constitué de précipités fcc riches en fer et en nickel cohérents avec la matrice riche en cuivre. L étude des propriétés magnétiques de ce ruban a permis de montrer que des interactions magnétiques sont présentes qui diminuent la MRG. Les paramètres structuraux (distributions de taille et de composition, fraction volumique et densité de précipités, largeur des interfaces ) ont été corrélés aux propriétés magnétiques.A magnetoresistive material is a material whose electrical restistance varies when a magnetic fiel is applied. The aim of this study is to link the different structural parameters with magnetic and giant magnetoresistance properties of granular Cu80FexNi20-x (at%) ribbons. First part, the effect of the composition os presented. Then, the microstructure of a Cu80Fe10Ni10 (at%) ribbon, presenting the highest magnetoresistance, was characterized precisely from a micrometer scale dow, to an atomic scale. The sample consists of fcc (Fe,Ni)-rich precipitates coherent with the matrix rich in copper. The study og the magnetic properties of this ribbon has shown that magnetic interactions are present that reduce MRG. Structural data (size and composition distributions, precipitates volume fractions and density, interface width...) were correlated with magnetic properties.ROUEN-BU Sciences (764512102) / SudocROUEN-BU Sciences Madrillet (765752101) / SudocSudocFranceF

World's first commercial CMOS Electron Backscatter Diffraction Detector: applications for a few ceramic materials

International audienc

Précipitation et croissance anormale des grains dans les aciers faiblement alliés

L'objectif de cette thèse est d approfondir la compréhension des relations entre la croissance anormale des grains austénitiques et l'état de précipitation dans un acier faiblement allié. La croissance anormale est le grossissement excessif d un petit nombre de grains conduisant à une détérioration des propriétés mécaniques. La distribution de taille des grains d'austénite, la fraction volumique de précipités et l'évolution de leur distribution de taille ont étés expérimentalement caractérisés pour différents traitements thermiques et pour deux aciers industriels (acier A et acier B). La modélisation a été réalisée en deux étapes : modélisation de l état de précipitation et modélisation de la croissance anormale/normale des grains. Les résultats de la modélisation ont étés comparés aux résultats expérimentaux. Le modèle de croissance des grains est basé sur l hypothèse que la croissance des grains est régie par la diminution de l'énergie d interface. Les précipités créent une force d ancrage conventionnelle de Zener ainsi qu une force d ancrage de joints de grains, qui retardent la croissance de grains. Le modèle de précipitation est basé sur les théories classiques de nucléation et de croissance (CNGTs). Si la taille des grains austénitiques est supérieure à 3 m, l hypothèse d une précipitation homogène permet d obtenir un bon accord entre les résultats numériques et les résultats expérimentaux (distribution de taille de précipités, fraction volumique). Si la taille des grains est inférieure à 3 m, la présence de précipitation hétérogène a été prise en compte. Le modèle de précipitation a été couplé par deux approches différentes au modèle de croissance de grains ; un couplage doux et un couplage dur . Ces deux approches ont permis de faire la lumière sur les différents paramètres physiques qui contrôlent la croissance de grains pour un état structural donné. Une bonne prédiction du mode de croissance (normale ou anormale) a été obtenue. Le couplage dynamique a permis de tracer une représentation temps/température claire du mode de croissance des grains. Il a été montré que si la croissance anormale des grains d austénite dépend fortement de l état initial de précipitation ainsi que de la taille initiale des grains, l évolution de la fraction volumique des précipités lors du traitement thermique joue un rôle prépondérant sur le mode de croissance. Les résultats de cette étude ont permis d expliquer l influence de l état de précipitation et de la taille des grains sur la croissance anormale.The objective of this thesis is to further understand the austenite Abnormal Grain Growth (AGG) phenomenon in relation with precipitation state in a low alloy steel. The abnormal grain growth is addressed from both experimental and numerical modeling point of view. Prior austenite grain size distribution, precipitation volume fraction and size distribution evolution of the different heat treated states are experimentally determined for two different industrial alloys (steel-A and steel-B) in different heat treated states and experimental results are compared with model predictions. A two-step modeling technique is adopted in this study: precipitation modeling and abnormal/normal grain growth modeling. The abnormal/normal grain growth modeling is done using a simplified analytical model where the grain growth is assumed to be driven by the decrease in interfacial energy. Both the conventional Zener pinning and corner pinning by precipitate is considered as boundary movement retarding forces. The precipitation model is based on the Classical Nucleation and Growth Theories. The assumption of homogeneous precipitate nucleation and growth gave a good prediction of volume fraction, mean radius and size distribution in comparison with the experimental results. Two coupled modeling approaches of abnormal grain growth and precipitation model: Soft coupling and Dynamic coupling; shed light on the different physical parameters controlling the grain growth condition in a particular material s state. A reasonable prediction of AGG and NGG is obtained from both approaches. The dynamic coupled modeling enabled us to paint a comprehensive time-temperature mechanism map of grain growth conditions. It is found that AGG in the austenitic state depends strongly on the initial grain size distribution and precipitation state. The modeling and the experimental results showed that the precipitation state evolution (increasing or decreasing volume fraction) also impact normal/abnormal grain growth. Plausible explanations in relation with the mean austenite grain size and the precipitation state are derived for the AGG phenomenon from the present work.VILLEURBANNE-DOC'INSA-Bib. elec. (692669901) / SudocSudocFranceF