Founding Research Journal

Founding Research Journal

Comparison of Ti and Nb Microalloy Addition on the Microstructure and ‎Mechanical Properties of a Quenched-Partitioned Cast Steel

Document Type : Original Research Article

Authors
1 PhD Student‎, Department of Materials Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Tabriz, Iran
2 Professor, Department of Materials Engineering, Faculty of Mechanics, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 Assistant Professor, Department of Materials Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, University of Tabriz
10.22034/frj.2021.284913.1135
Abstract
In the present study, the effect of Ti and Nb microalloying elements on the microstructure and mechanical properties of the quench-partitioned (Q-P) steel was investigated. The samples containing Ti and Nb micro-alloying elements were subjected to Q-P heat treatment and quench-Tempering (Q-T). After Q-P and Q-T heat treatment, the properties of the samples were examined by scanning electron microscopy (SEM), X-ray analysis (XRD), microhardness, tensile tests and. The results showed that Q-P heat treatment of both sample has better mechanical properties compared to Q-T heat treatment. In the Q-P heat treatment, the plasticity of the sample containing Ti microalloy is higher than that of the Nb microalloy sample. In the Q-P heat treatment, the amount of retained austenite (γR) for the sample containing Ti is higher than that of the sample containing Nb. Fracture strength and strain of the sample containing Ti were recorded 1070 MPa and 24%, respectively. The fracture strength and strain of the sample containing Nb were also recorded 980 MPa and 19%, respectively.
Keywords
Subjects

[1] Bhadeshia H.K.D.H. Honeycombe R., Steels: Microstructure and Properties, 3th Edn. Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 2006.
[2] Edmonds, D.V., He, K., Rizzo, F.C., De Cooman, B.C., Matlock,D.K. and Speer, J.G., Quenching and partitioning martensite—A novel steel heat treatment, Materials Science and Engineering A, 2006, 438-440, 25-34.
[3] Santofimia M.J., Zhao, L., Petrov, R., Kwakernaak, C., Sloof, W.G. and Sietsma, J., Microstructural development during the quenching and partitioning process in a newly designed low-carbon steel, Acta Materialia, 2011, 59, 6059-6068.
[4] Speer, J.G.,Edmonds, D.V.,Rizzo,F.C. and Matlock, D.K.,Partitioning of carbon from supersaturated plates of ferrite, with application to steel processing and fundamentals of the bainite transformation, Current Opinion in Solid-State and Materials Science, 2004, 8,  219-237.
[5] Sun,J. and Yu,H., Microstructure development and mechanical properties of quenching and partitioning (Q&P) steel and an incorporation of hotdipping galvanization during Q&P process, Materials Science and Engineering A, 2013, 586, 100-107.
[6] Liu H., Jin X., Dong H., Shi, J., Martensitic microstructural transformations from the hot stamping, quenching and partitioning process, Materials Characterization, 2011, 62,  223-227.
]7 [شیرعلی ع.، هنربخش رئوف ع.، بزازبنایی س.،1392، بررسی فرایند سرمایش سریع و بخش‌بندی روی یک فولادکربن متوسط کم آلیاژ، دومین همایش بین المللی و هفتمین همایش مشترک انجمن مهندسی متالورژی ایران و انجمن علمی ریخته‌گری ایران، سمنان، https://civilica.com/doc/224119
]8 [شیرعلی ع.، هنربخش رئوف ع.، بزازبنایی س.، ریزساختار و خواص مکانیکی یک فولاد پرکربن و کم آلیاژ فراوری شده با فرایند سرمایش سریع و بخش‌بندی فصلنامه مهندسی متالورژی و مواد، 1393، 26، 1، 105-115.
]9 [شارتی ف.، قاسمی بناد کوکی س. ص. و مهرابی ف. و پشنگه ش.، متالوگرافی بینایت، مارتنزیت و آستنیت باقیمانده در یک فولاد میکروکامپوزیتی سرمایش سریع و بخش‌بندی شده، هشتمین کنفرانس و نمایشگاه بین‌المللی مهندسی مواد و متالورژی و سیزدهمین همایش ملی مشترک انجمن مهندسی متالورژی و مواد ایران و انجمن ریخته‌گری ایران، تهران، 1398.
]10 [گل‌زاده باباجان ن.، کیان‌وش ع.، بررسی تاثیرعملیات حرارتی سرمایش سریع - بخش‌بندی بر روی ریز ساختار و خواص مکانیکی فولاد حاوی عناصرآلیاژی Si وMn و عناصرمیکرو آلیاژ  Alو Nb، هشتمین کنفرانس و نمایشگاه بین‌المللی مهندسی مواد و متالورژی و سیزدهمین همایش ملی مشترک انجمن مهندسی متالورژی و مواد ایران و انجمن ریخته‌گری ایران، تهران، 1398.
]11 [گلعذار م.ع.، اصول و کاربرهای عملیات حرارتی فولادها و چدن‌ها، اصفهان، نشر ارکان، 1376.
[12] Wang S.C. , Journal of Material Science, 1990, 25, 187.
[13] Irvine K. J., Pickering F. B.,  Gladman T. , Grain – Refined C–Mn Steels, JISI, February 1967, 161-182.
[14] Honeycombe R.W.K., Fundamental aspects of precipitation in Microalloyed steel, Proc. Of Inter. Conf. on HSLA steelsʼ85, 4-8, Beijing, Nov., 1985, 243-250
[15] I. Andersen, Grong O., Acta Metall. Mater, 1995, 7, 2673-2688.
[16] Krauss G., Steels Heat Treatment and Processing Principles, ASM, 2005
[17] Alogab K.A., Matlock D.K., Speer J.G., The influence of niobium microalloying on austenite grain coarsening behavior of Ti-modified SAE 8620 steel, ISIJ International, 2007, 47(2) 307-316.
[18] Wang, L.  Speer, J.G.  Quenching and Partitioning Steel Heat Treatment, Metallogr. Microstruct. Anal., 2013, 2, 268–281
[19] Rowland E.S., Lyle S.R., The application of MS points to case depth measurement, Trans. ASM, 1946, 37, 27–47.
]20 [الماسی ا.، کیان‌وش ع.، بررسی تاثیر عملیات حرارتی سرمایش سریع - بخش‌بندی - برگشت (Q-P-T)  بر ریزساختار و خواص مکانیکی یک فولاد استحکام بالای حاوی میکروآلیاژ Ti، هشتمین کنفرانس مهندسی مواد و متالورژی 1398، https://civilica.com/doc/963733
[21] ASTM Standards, Standard Practice for X-Ray Determination of Retained Austenite in Steel.
[22] Mairtrepierre P. , Proceedings Int. Symposium on Boron in Steels, Met. Soc. AIME, Wisconsion, 1979, 1.
]23 [دانشمندی م.، بیات ا.، هادوی م.، بهمنی م.، تاثیر ترکیبات مختلف سرباره در فرآیند ESR بر خواص مکانیکی فولاد محتوی نیکل ،کروم، مولیبدن و وانادایم، پنجمین کنگره سالانه انجمن مهندسین متالورژی ایران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1384.
[24] Pressuyre G.M., Pirimon G., Bloneau R. , Beguinot J., Thomas J., Proceedings, ASM International Conference on HSLA Steels, Metallurgy and Applications, Beijing, China, November 1985, 335.
[25] Mohrbacher H., The effects of niobium microallloying in second generation advanced high strength steels, International steel, Technologies symposium, Taiwan, 2008
[26] Pichler A., Hebesberger Th., Traint S., Tragl E., Kurz T., Krempaszky C. , Tsipouridis P., Werner E., The role of niobium in advanced sheet steels for automotive applications, Proc. of the Int. Symp. on Nb Microalloyed Sheet Steel for Automotive Appl. TMS 2006, 245.
[27] Hosford W.F., Caddell R.M., Metal forming: mechanics and metallurgy, Cambridge: Cambridge University Press, 2011.
[28] ASTME 643-84, Standard Test Method for Ball Punch Deformation of Metallic Sheet Material, Annual Book of ASTME Standards, Section 3, 1989, 03(01) 885-888.

  • Receive Date 05 May 2021
  • Revise Date 04 June 2021
  • Accept Date 01 July 2021