Caracterización metalográfica, estructural, mecánica y electroquímica de un acero avanzado de plasticidad inducida por maclaje (TWIP) con adición de Ni, Cr, Mo y Cu

Abstract

The good relation between high strength (up to 1000 MPa) and excellent elongation (up to 90%), make the TWIP steels an excellent option for the automotive sector. However, one of the drawbacks of these problems is relatively low when they are processed in conventional ways. Another difficulty of these steels is that their low corrosion resistance, which hinders its applicability. The main objective of this research work is to manufacture and characterize metallographic, structural, mechanical and electrochemically an advanced twinning induced plasticity (TWIP) steel modified with additions of Cr, Ni, Cu and Mo, in order to increase corrosion resistance, as well as maintain and / or increase the mechanical properties. For this purpose, the JMatPro software was used in order to calculate the equilibrium phase diagrams, corrosion resistance and stacking fault energy; while with the ProCast software the simulation of the casting process was carried out in order to calculate the different cooling rates in a stepped piece. Once the steel was manufactured in the conventional induction furnace, a microstructural conditioning was carried out by different heat and thermo-mechanical treatments (homogenization, hot rolling and solubilized). In each of these stages different characterizations were performed: i) Metallographic by optical microscopy (LOM) and scanning electron microscopy (SEM-ESD), ii) Structural by X-ray diffraction, iii) Mechanical by Vickers, uniaxial tension and Charpy V-notch impact tests. Finally, the corrosion resistance was evaluated by potentio-dynamic polarization and impedance techniques. The most outstanding results indicate that the TWIP steel modified with Cr, Ni, Mo and Cu maintains the austenite stability.

La buena relación entre alta resistencia (más de 1000 MPa) y excelente alargamiento (hasta un 90%), hacen de los aceros TWIP una excelente opción para el sector automotriz. Sin embargo, uno de los inconvenientes de estos aceros es su relativo bajo límite elástico cuando se procesan por vías tradicionales. Otra dificultad de los aceros TWIP es que su baja resistencia a la corrosión, lo cual dificulta su aplicabilidad. El objetivo principal del presente trabajo de investigación es fabricar y caracterizar metalográfica, estructural, mecánica y electroquímicamente un acero avanzado de plasticidad inducida por maclaje (TWIP) modificado con adiciones de Cr, Ni, Cu y Mo, con la finalidad de aumentar su resistencia a la corrosión, así como mantener y/o incrementar las propiedades mecánicas. Para este fin se utilizó el software JMatPro para calcular los diagramas de equilibrio de fases presentes, resistencia a la corrosión y energía de falla de apilamiento; mientras que con el programa ProCast se llevó a cabo la simulación del proceso de fundición para calcular las diferentes velocidades de enfriamiento en una pieza escalonada. Una vez fabricado el acero en horno de inducción convencional, se llevó a cabo el acondicionamiento microestructural mediante diferentes tratamientos térmicos y termo-mecánicos (homogenización, laminación en caliente y solubilizado). En cada una de estas etapas se realizaron diferentes caracterizaciones: i) Metalográfica mediante microscopía óptica (LOM) y electrónica de barrido (SEM-ESD), ii) Estructural por difracción de rayos-X, iii) Mecánica mediante ensayos de microdureza Vickers, tracción uniaxial e impacto Charpy “V”. Finalmente se evaluó la resistencia a la corrosión mediante las técnicas de polarización potencio-dinámica e impedancia. Los resultados más sobresalientes indican que el acero TWIP modificado con Cr, Ni, Mo y Cu mantiene la estabilidad de la austenita a temperatura ambiente y el efecto maclaje a pesar de la alta energía de falla de apilamiento (EFA).