Soldabilidad de aceros de nueva generación alto manganeso (HMS) austeníticos de plasticidad inducida por maclaje (TWIP)

Abstract

Twinning-induced plasticity (TWIP) steels are advanced high strength steels (AHSS) currently under development, are fully austenitic and characterize by twinning as the predominant strengthening mechanism. Since the aimed application field of TWIP steels is the automotive industry, steels need high mechanical performance together with good weldability and excellent corrosion resistance. However, there is lack of information on the weldability behavior of TWIP steels. The high-manganese austenitic TWIP steels have high strength and formability with an elongation upto 80%; the steel high strength may allow reducing the components weight in automotive applications. This thesis project aims primarily to investigate the weldability of a new generation of high-manganese TWIP steels separately microalloyed with Nb, V, Ti and B. Weldability is examined using weld spots made by Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) with different heat inputs and cooling rates. Microstructural changes were examined using optical metallography (LOM). Elements segregation in the weld joint were analyzed using point, line and elemental mapping chemical Scanning Electron Microscopy-Electron Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS). Phase transformations were evaluated using X-ray diffraction (XRD) while the mechanical properties were examined with Vickers (HV) microhardness testing. The experimental results show that weld joint microstructure consists of dendritic grains in the fusion zone (FZ), and equiaxed grains in the heat affected zone (HAZ). TWIP steels microalloyed with Ti had the finest grained microstructure in the weld joint. Notably, the TWIP steel microalloyed with boron (TWIP-B) had the worst weldability, showing hot cracking under different welding conditions. Additionally, the experimental TWIP steels showed a high degree of segregation in the FZ, Mn and Si segregated in areas between dendritic grains while Al and C segregated in dendritic zones.

Los aceros de Plasticidad Inducida por Maclaje (TWIP) son aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) que actualmente se encuentran en desarrollo, son completamente austeníticos y se caracterizan por el maclaje como el mecanismo de deformación predominante. El principal campo de aplicación de estos aceros es la industria automotriz, por lo tanto, no solo se requiere que presenten un bueno rendimiento mecánico, sino también una buena soldabilidad y resistencia a la corrosión. Sin embargo, el proceso de soldadura, así como la microestructura resultante y las propiedades mecánicas de estas uniones no son un tema ampliamente estudiado. Los aceros austeníticos alto-Mn TWIP asocian una alta resistencia y conformabilidad extrema con una capacidad de alargamiento superior al 80%, permitiendo reducir el peso de componentes en aplicaciones industriales. El presente proyecto de investigación tiene como objetivo primordial determinar la soldabilidad de aceros de nueva generación alto Mn de plasticidad inducida por maclaje (TWIP) microaleados por separado con Nb, V, Ti y B. Para lo cual se realizaron puntos de soldadura mediante el proceso de soldadura TIG bajo diferentes condiciones de aporte térmico y enfriamiento. Se determinaron cambios microestructurales mediante técnicas de metalografía óptica. Además se analizó el grado de segregación en los diferentes aceros mediante análisis químico puntual, lineal y mapeos elementales de SEM-EDS. También, se evaluaron posibles transformaciones de fase mediante análisis estructural por difracción de rayos-X y, por último, se determinaron las propiedades mecánicas mediante ensayos de microdureza Vickers. A partir de los resultados obtenidos se corroboró en los puntos de soldadura la zona de fusión (ZF) de naturaleza dendrítica, y la zona afectada térmicamente (ZAT) de grano equiaxial. Con relación a los elementos microaleantes, el Ti mostró mayor efecto de refinamiento de grano tanto en la ZF como en la ZAT.