Influence of metallurgical factors on the abnormal grain growth evolution in normalized carbon steel tubes

This dissertation analyzes the effect of the main factors, enabling recrystallization, on the development of abnormally grown microstructure in the surface layers of carbon steel tubes, aiming at finding its cause and, at the same time, a way to limit its evolution. There are circumstances when a microstructure can become unstable and a few grains may grow excessively at the expense of others that remain small in size. Such a process, known as abnormal grain growth or secondary recrystallization, which occurs only in some points of the microstructure and may lead to grain diameters up to several millimeters or greater, can potentially invalidate the production of good components and their working performance or compromise further forming operations. This study embraces both the technological process, the tube production and its heat treatment, and the crystallographic analysis of its microstructure. In this work, microscopy and microhardness tests were adopted for samples inspection and characterization. Residual stresses diffractometric X-ray acquisitions were also analyzed. Information about the relation texture-microstructure has been retrieved from an Electron BackScatter Diffraction (EBSD) analysis. The hot rolling stage confirmed as critical for the phenomenon development but, on the other side, a proper combination of heat treatment parameters led to better results indicating that potential benefits can be achieved.

Il presente studio analizza l'effetto dei principali fattori che influenzano la ricristallizzazione, sull'accrescimento anomalo dei grani cristallini, osservato negli strati superficiali di tubi in acciaio al carbonio. Lo scopo è individuarne la causa e, allo stesso tempo, limitarne l'evoluzione. Esistono circostanze in cui una microstruttura può diventare instabile e alcuni grani possono crescere eccessivamente a scapito di altri che rimangono di dimensioni ridotte. Tale processo, noto come accrescimento anomalo del grano cristallino o ricristallizzazione secondaria, si verifica solo in alcuni punti della microstruttura e può portare a diametri del grano fino a diversi millimetri o anche più. Questo fenomeno è deleterio per la produzione dei componenti e per le loro prestazioni o può compromettere eventuali, successive operazioni di deformazione. Il presente studio tratta sia il processo tecnologico, ovvero la realizzazione del tubo e il suo trattamento termico, sia l'analisi cristallografica della sua microstruttura. In questo lavoro sono stati adottati microscopia e prove di microdurezza per l'ispezione e la caratterizzazione dei campioni. Sono state analizzate anche le acquisizioni diffrattometriche a raggi X delle tensione residue. Sono state ottenute informazioni sulla relazione tessitura-microstruttura mediante un'analisi a diffrazione da retrodiffusione elettronica (EBSD). La fase di laminazione a caldo è stata confermata come critica per lo sviluppo del fenomeno, ma, una corretta combinazione di parametri di trattamento termico ha portato a risultati microstrutturali migliori che indicano, in questo modo, potenziali soluzioni.