Microstructure and properties of reversion treated low-Ni high-Mn austenitic stainless steels

Abstract

<div lang="en" class="abs"><p class="abs_header">Abstract</p><p>In this thesis, the influence of reversion and recrystallization annealing on microstructure and mechanical properties was studied in metastable austenitic low-Ni high-Mn stainless steels, some alloyed with up to 0.45 wt.% Nb. Further, the effect of the various microstructures created by reversion and recrystallization on strain-induced martensite transformation in tensile testing was investigated. The aim was to achieve excellent combinations of strength and ductility in the steels and to improve understanding of the behaviour of ultrafine-grained austenitic stainless steels during deformation. All the steels were cold-rolled up to 60% thickness reduction producing up to 60% strain-induced α’-martensite in the austenitic structure. Annealing was carried out using a Gleeble thermomechanical simulator between 450–1100 °C for durations of 0.1–1000 s. The resultant microstructures were examined using different research equipment and methods.</p><p>Regardless of the amount of Nb alloying, shear- and diffusion-controlled reversion could be completed by annealing at 700 °C, although at this temperature no recrystallization of the untransformed cold-rolled austenite occurred. At 800 °C, however, the cold-rolled austenite recrystallized, producing a non-uniform grain structure comprising ultrafine-grained areas formed via reversion and coarser ones formed by recrystallization of the retained austenite. At 900 °C, a uniform fine austenite grain size of about 2 μm was obtained. At higher annealing temperatures of 1000–1100 °C, normal grain growth of fine grains took place during prolonged annealing in steel with no Nb. However, grain growth was effectively retarded by alloying with 0.28 wt.% Nb. </p><p>The non-uniform structures consisting of reverted and retained austenite exhibited excellent combinations of yield strength and uniform elongation. The results also showed that tensile strain-induced martensite nucleation sites and α’-martensite formation vary in a complex way depending on grain size.</p></div>

<div lang="fi" class="abs"><p class="abs_header">Tiivistelmä</p><p>Väitöstyössä tutkittiin reversiohehkutuksen vaikutusta metastabiilin 1% nikkeliä ja 9% mangaania sisältävien austeniittisten ruostumattomien terästen mikrorakenteeseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin sekä austeniitin raekoon ja mikrorakenteen vaikutusta muokkausmartensiitin syntyyn vetokokeessa. Koeteräksistä osa oli lisäksi niobiseostettuja. Tavoitteena oli nostaa teräksien lujuutta ja ymmärtää ultrahienorakeisen austeniittisten ruostumattomien terästen käyttäytymistä muokkauksessa. Teräkset kylmämuokattiin 60% valssausreduktiolla, jolloin austeniittiseen rakenteeseen muodostui muokkausmartensiittia enimmillään 60%. Reversiohehkutukset tehtiin Gleeble termomekaanisella simulaattorilla lämpötiloissa 450–1100 °C ja 0.1–1000 s pitoajoilla. Saatuja mikrorakenteita tutkittiin eri tutkimuslaitteistoilla ja -menetelmillä. </p><p>700 °C hehkutuksessa leikkautumalla ja diffuusion välityksellä tapahtuva reversio oli nopea myös niobi-seostetuilla teräksillä, mutta rekristallisaatiota ei tapahtunut. 800 °C hehkutuksessa muokkauksessa teräksiin jäänyt austeniitti rekristallisoitui, mutta raerakenne muodostui epätasaiseksi koostuen reversion tuottamasta ultrahienoista rakeista ja jäännösausteniitin rekristallisaation tuottamista karkeammista rakeista. Sitä vastoin hehkutus 900 °C:ssa tuotti tasainen 2 μm austeniitin raekoon. Pitkissä hehkutuksissa korkeammissa lämpötiloissa 1000–1100 °C niobi-seostamattomissa teräksissä tapahtui hienojen rakeiden normaalia rakeenkasvua. Kuitenkin 0.28p-% niobi-seostuksen havaittiin oleva riittävä estämään rakeenkasvu.</p><p>Reversion ja osittaisen rekristallisaation tuottamilla raerakenteilla saatiin erinomaiset myötölujuus-tasavenymäyhdistelmät. Vetokokeissa martensiitin ydintymispaikat ja -nopeus vaihtelivat monimutkaisella tavalla raekoosta riippuen.</p></div>