Influence of sub-critical heat treatments on the mechanical resistance and the deformability of structural steels

The heat treatments are thermal cycles that allow to modify the mechanical and morphological characteristics of the steels. A part of this work aims to study the effects of the spheroidization annealing treatment on bolt steels characterized by the addition of alloying elements such as manganese and boron. This treatment is one of the most used to increase the cold deformability of this type of material, modifying the shape of the carbides from lamellar to spherical. In the literature it is reported that the kinetics of this particular treatment is influenced by the prior microstructure. In the experimental part, various microstructures were taken into consideration, some obtained with different rolling processes, while others were produced in the laboratory. Several spheroidization annealing was then carried out varying the holding times and the temperature. The treated structures were then characterized with an extensive metallographic analysis, while the mechanical properties were obtained through hardness and tensile tests. The results showed that a better carbon distribution in the starting microstructure leads to higher mechanical resistance and better deformability. The second part of this work is dedicated to the study of phenomenon well known in the industrial practice, called reverse aging, observed in steel with a medium-high carbon content. This material, in the raw rolling state, is characterized by high mechanical strength and limited deformability. However, it has been observed that after a period of time at room temperature there is a considerable recovery of the ductility. In the literature it is stated that this particular type of aging could be linked to the diffusion of the hydrogen present in the material. In the experimental part, various tensile tests were made in order to quantify the recovery of deformability by observing the values of the reduction of area of the specimens. It has also been observed that this phenomenon also depends on the temperature, in fact, increasing it, the recovery time of deformability is reduced to a little more than an hour.

I trattamenti termici sono dei processi che consentono di modificare le caratteristiche meccaniche e morfologiche degli acciai. Una parte di questo lavoro si propone di studiare gli effetti del trattamento di ricottura di coalescenza su acciai da bulloneria, caratterizzati dall'aggiunta di elementi di lega, quali manganese e boro. Questo trattamento è uno dei più utilizzati per aumentare la deformabilità a freddo di questo tipo di materiale, modificando la forma dei carburi da lamellare a sferica. In letteratura è riportato che la cinetica di questo particolare trattamento è influenzata dalla microstruttura di partenza. Nella parte sperimentale sono state prese in considerazione diverse microstrutture, alcune ottenute con differenti processi di laminazione, mentre altre prodotte in laboratorio. Sono state quindi eseguite diverse ricotture di coalescenza variando i tempi di mantenimento e la temperatura. Le strutture trattate sono state poi caratterizzate con un'ampia analisi metallografica, mentre le proprietà meccaniche sono state ottenute mediante prove di durezza e trazione. I risultati hanno mostrato che una migliore distribuzione del carbonio nella microstruttura di partenza comporta una maggiore resistenza meccanica e una migliore deformabilità. La seconda parte di questo lavoro è invece dedicata allo studio di un fenomeno molto comune, chiamato invecchiamento inverso, osservato nelle vergelle di acciaio con un medio-alto tenore di carbonio. Questo materiale, allo stato grezzo di laminazione, è caratterizzato da una resistenza meccanica elevata e da una deformabilità limitata. Dopo un periodo di stoccaggio a temperatura ambiente è stato però osservato che vi è un notevole recupero della deformabilità. In letteratura viene dichiarato che questo particolare tipo di invecchiamento potrebbe essere legato alla diffusione dell'idrogeno presente nel materiale. Nella parte sperimentale, dopo diversi tempi di invecchiamento, gruppi di provini sono stati sottoposti a prove di trazione e ne è stata misurata la strizione. Allo scopo di indagare anche l'influenza della temperatura sono state fatte anche delle prove dopo un mantenimento in forno a 190°C.