Loss of ductility due to the decarburation and Mn depletion of a coarse-grained TWIP steel

Abstract

Se ha observado una clara transición de la ductilidad a tracción con el tamaño de grano D del orden 15 μm - 20 μm (1,50 μm ≤ D < 50 μm) en un acero TWIP, 22% de Mn, 0,6% de C (% en masa). Este comportamiento es una combinación de un efecto intrínseco del tamaño de grano D en la resistencia y el endurecimiento por deformación del material, con un efecto extrínseco, proceso de descarburación superficial y pérdida de Mn ocurrido durante los tratamientos de recocido a T ≥ 1000 ºC. En el presente trabajo se ha estudiado en profundidad este efecto extrínseco sucedido en el acero TWIP. Se han realizado análisis por GDOES (Espectroscopia Óptica de Descarga Luminiscente) para estudiar cuantitativamente los perfiles de concentración de C y Mn. La profundidad de descarburación superficial se ha modelizado usando la teoría de Birks-Jackson. Se ha observado vía ferritoscopio que, en el volumen descarburizado, coexisten dos microconstituyentes: α’-martensita y γ-austenita. La ductilidad del acero TWIP de tamaño de grano grosero, sometido a altas temperaturas y largos tiempos de recocido, disminuye como consecuencia de la formación de α’-martensita y γ-austenita menos estable con menor energía de defectos de apilamiento, EDA, debido a la pérdida de Mn en el volumen descarburizado.

A clear transition in the tensile ductility behavior has been observed for grain sizes D in the range of 15 μm - 20 μm (1.50 μm ≤ D < 50 μm) in a 22% Mn, 0.6% C (in mass %) TWIP steel. This behavior is a combination of the intrinsic effect of grain size D on strength and work hardening rate of the material, with an extrinsic effect, superficial decarburization and Mn depletion processes occurred during annealing treatments at T ≥ 1000 ºC. In the present work, this extrinsic effect happened in TWIP steel has been studied in depth. GDOES (Glow Discharge Optical Emission Spectrometry) analyses have been carried out in order to study quantitatively the C and Mn concentration profiles. The depth of surface decarburization has been modeled by using Birks-Jackson theory. Two micro-constituents have been observed via Ferritoscope into decarburized volume: α’-martensite and γ-austenite. The ductility of coarse-grained TWIP steel, subjected for high annealing temperatures and long annealing times, declines as a consequence of the formation of α’-martensite and less stable γ-austenite with lower stacking fault energy, SFE, due to the Mn depletion in the decarburized volume.