Efecto de la adición de V como elemento microaleante en aceros avanzados de baja densidad austeníticos y dúplex del sistema Fe-Mn-Al-C sobre el comportamiento de la fluencia plástica en caliente y envejecimiento por precipitación

Abstract

Advanced low-density (LD) steels of the Fe-Mn-Al-C system are materials with an excellent combination of strength, ductility, and reduced density. These steels are currently the subject of intensive research and development due to their potential applications in the automotive, aerospace, and military sectors, as well as in biomaterials and cryogenic environments. The main objective of this research was to determine the effect of vanadium (V) microalloying on the hot flow behavior, processing maps, and κ-phase precipitation kinetics of austenitic and duplex LD steels in the Fe-Mn-Al-C system. Austenitic LD steels (Fe-30Mn-8Al-1C) and austenite-based duplex LD steels (Fe-12Mn-8Al-1C), both in reference and V-microalloyed (0.2 wt.% V), were investigated. Microstructural conditioning was performed through homogenization, hot rolling, and solution heat and thermo-mechanical treatments. Hot uniaxial compression tests were conducted at temperatures of 700, 800, 900, and 1000 °C and strain rates of 5 × 10⁻⁴, 0.001, 0.01, and 0.1 s⁻¹ in order to obtain true stress-strain curves and perform mathematical modeling using physically based constitutive models governing hot flow behavior (Kocks, Estrin, Mecking, Bergstrom, Avrami, and Sellars). The activation energy for hot deformation (QHW) was calculated, and processing maps were constructed. In addition, precipitation aging heat treatments were applied to solution-treated steels samples at 550 °C. Dilatometry experiments were performed at 450, 500, 550, 600, 650, 700, and 750 °C to determine precipitation time temperature (PTT) curves. Microstructural characterization was carried out by optical microscopy (LOM), scanning electron microscopy (SEM), and electron back-scattered diffraction (EBSD), while structural characterization was performed using X-ray diffraction (XRD) and in situ synchrotron radiation. Mechanical characterization carried out by Vickers microhardness measurements and uniaxial tensile tests at room temperature.

Los aceros avanzados de baja densidad (LD) del sistema Fe-Mn-Al-C son materiales con excelentes propiedades de resistencia, ductilidad y baja densidad. Actualmente estos aceros continúan en plena investigación y desarrollo, ya que tienen el potencial para posibles aplicaciones en la industria automotriz, sector aeronáutico y militar, así como biomateriales y a temperaturas criogénicas. El presente proyecto de investigación tiene como objetivo principal determinar el efecto del V como elemento microaleante en los aceros avanzados LD austeníticos y dúplex del sistema Fe-Mn-Al-C sobre la fluencia plástica en caliente, mapas de procesamiento y cinética de precipitación de la fase kappa. Se utilizaron aceros avanzados LD austeníticos (Fe-30Mn-8Al-1C) y dúplex base austenita (Fe-12Mn-8Al-1C), de referencia y microaleados con V (0.2% en peso). El acondicionamiento microestructural se llevó a cabo mediante tratamientos térmicos y termo-mecánicos de homogeneizado, laminación en caliente y solubilizado. Se realizaron ensayos de compresión uniaxial en caliente a temperaturas de 700, 800, 900 y 1000 °C, con velocidades de deformación de 5∙10-4, 0.001, 0.01 y 0.1 s-1 para obtener las curvas esfuerzo-deformación verdaderas y realizar la modelación matemática utilizando los modelos de base física que rigen el comportamiento de la deformación plástica en caliente (Kocks, Estrin, Mecking, Bergstrom, Avrami y Sellars). Se calculó la energía de activación para la deformación en caliente QHW y se realizó la construcción de los mapas de procesamiento. Por otro lado, se aplicó el tratamiento térmico de envejecimiento por precipitación de fase kappa a las muestras solubilizadas de los cuatro aceros a temperaturas de 550 °C. También, se realizaron ensayos de dilatometría a temperaturas de 450, 500, 550, 600, 650, 700 y 750 °C para determinar las curvas de precipitación (PTT). Se realizó caracterización metalográfica (LOM, SEM y EBSD), caracterización estructural mediante difracción de rayos-X (DRX) y radiación sincrotrón in situ. Por otro lado, se realizó caracterización mecánica mediante ensayos de micro dureza Vickers y ensayos de tracción uniaxial a temperatura ambiente.