INTRODUZIONE
L’attività di ricerca della presente tesi si inserisce nell’ambito di un programma di ricerca, finanziato dalla Comunità Europea, dal titolo “Grain Refinement by intragranular ferrite nucleation on precipitates in microalloyed steels”. Sono impegnati
in questa ricerca l’Università di Pisa assieme ai centri Ricerche CENIM (Spagna) e SIMR (Svezia), ed alle industrie siderurgiche Arcelor (Francia), Dillinger-Hutte (Germania) e Riva Acciai s.p.a. (Italia).
L’impiego degli acciai microlegati altoresistenziali è molto diffuso per impieghi strutturali grazie all’ottima combinazione resistenza-tenacità. Il metodo più efficace per rafforzare gli acciai ferritici è quello di affinamento del grano ferritico finale. Le classiche tecniche di affinamento microstrutturale, che controllano la trasformazione γ→α mediante laminazione in controllo e raffreddamento accelerato non conducono a buoni risultati nell’ambito dei prodotti lunghi e/o di grossa sezione. Nella laminazione di travi e lamiere di questo tipo si incontrano una serie di difficoltà: l’eccessivo carico di laminazione, i lunghi tempi di permanenza del pezzo nel finitore ( per raggiungere le temperature minime possibili) la bassa velocità di raffreddamento associata ai grossi spessori dei pezzi. Per superare queste difficoltà, che portano ad un prodotto nel quale è presente disomogeneità strutturale, una possibile alternativa potrebbe essere l’affinamento del grano per nucleazione di ferrite intragranulare sui precipitati, durante il raffreddamento del laminato.
Studi recenti [19,20] e dati riportati in letteratura [21-29], evidenziano come particelle di precipitati, quali nitruri e carbonitruri di vanadio, all’interno di grani austenitici durante o dopo la laminazione mostrano un forte potenziale di nucleazione ferritica intragranulare.
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Gli obiettivi della ricerca triennale, nel suo complesso, sono riassumibili nei seguenti punti:
• Stabilire la cinetica di precipitazione dei VN-V(C, N) nell’austenite, nel caso della laminazione al finitore temperature relativamente basse.
• Identificare il ruolo della microstruttura austenitica nell’importanza relativa della nucleazione di ferrite inter e intragranulare.
• Ottimizzare il processo di laminazione a caldo in modo da sfruttare l’intero potenziale di affinamento del grano per nucleazione intragranulare di ferrite, con particolare riferimento ai prodotti siderurgici pesanti ( travi e lamiere di grosso spessore).
• Introdurre un nuovo processo termo-meccanico in grado di mettere in pratica, a livello industriale, i risultati acquisiti nell’ambito della ricerca.
In particolare, nel presente lavoro di tesi, si è cercato di favorire la precipitazione di particelle VN-V(C, N) subito dopo deformazione plastica al laminatoio finitore su varianti dell’acciaio Fe 430 contenenti vanadio e azoto maggiorato. L’obiettivo era quello di indagare sul ruolo del vanadio come promotore di ferrite intragranulare e verificare se tale meccanismo di affinamento del grano potesse essere efficace per la produzione di prodotti lunghi e prodotti piani di grosso spessore.
E’ stato evidenziato come precipitati di nitruri e carbonitruri di vanadio possono esibire un forte potenziale per la nucleazione ferritica intragranulare.
Quando un acciaio contenente vanadio, il quale, risulta totalmente disciolto nell’austenite ad alta temperatura, viene laminato (o comunque mantenuto) nelle condizioni di temperatura corrispondenti alla massima precipitazione dei (carbo)nitruri di questo elemento, si verificherà tale precipitazione all’interno della matrice austenitica. Mantenendo il pezzo a queste condizioni di temperatura per un tempo sufficiente, tali precipitati si accresceranno, variando in tal modo il potenziale 5
di nucleazione ferritica esistente all’interfaccia tra essi e l’austenite. Sotto determinate condizioni, grazie alla variazione della forza motrice e dell’energia interfacciale necessarie perché avvenga la trasformazione austenitico-ferritica, oltre alla usuale nucleazione di grani ferritici sui bordi di grano e sottograno dell’austenite potrebbero formarsi dei piccoli grani di ferrite anche a partire dalle particelle che agiscono da nucleanti.
I primi due capitoli della seguente tesi sono stati dedicati alla descrizione rispettivamente dei processi di laminazione in controllo e delle relazioni che intercorrono tra proprietà meccaniche e microstruttura degli acciai. Nel terzo capitolo si sono evidenziati i metodi di rafforzamento degli acciai HSLA, basati sull’affinamento del grano ferritico per nucleazione intragranulare di ferrite. E negli ultimi due capitoli sono stati descritti i materiali analizzati, le varie tecniche di analisi applicate e i vari macchinari utilizzati, ed infine i risultati ottenuti con le conseguenti discussioni.
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