Studio dei fenomeni di precipitazione in acciai microlegati sottoposti ad oscillazione termica

Microalloyed steels are nowadays a class of materials very diffused on the steel market and, thanks to their mechanical properties, find a wide application in many areas of engineering. The properties of this steels are strictly bounded with the alloying elements that characterize this type of materials. Despite these elements never exceed the limit of 0,1% in weight, their presence strongly influences the material behavior, due to the fact that they tend to form stable precipitates, that modify the iron matrix in which are dispersed. The purpose of this work is to expand the knowledge, to date very limited, about the mechanism of precipitation in the steel continuous casting process. According to the requests of Dillinger Hütte (one of the major steel working factory) an innovative instrument has been developed for the simulation of the cooling cycle imposed on the steel slab skin during the casting. The tool developed allowed to reproduce with good approximation the thermal cycle and the dynamics of interaction between the rollers and the slab during casting. In addition to the simulations of different casting speeds, more tests were performed to simulate monotonous cooling of the samples to analyze the differences in terms of precipitates between the real case and an ideal one (in the absence of thermal oscillations). Observation of fracture surfaces performed by FEG-SEM allows to statistically prove that the elements precipitation is strongly favored by the thermal fluctuations, and that the casting speed affects the formation of the particles at the grain boundary.

Gli acciai microlegati al giorno d'oggi costituiscono una tipologia di materiali altamente richiesta sul mercato e, grazie alle loro caratteristiche meccaniche, trovano larga applicazione in diversi campi ingegneristici. Le proprietà di questi acciai sono strettamente legate agli elementi in lega. Nonostante questi non superino mai complessivamente la soglia dello 0,1% in composizione la loro presenza condiziona fortemente il comportamento del materiale, a causa della tendenza a formare dei precipitati stabili che alterano la matrice metallica nella quale sono contenuti. Obiettivo della presente tesi è ampliare le conoscenze, ad oggi ancora limitate, sul meccanismo di formazione dei precipitati in fase di colata continua dell'acciaio. Seguendo le necessità di una importante azienda del settore acciaio (Dillinger Hütte GTS Gmbh) si è sviluppato uno strumento innovativo per la simulazione del ciclo di raffreddamento imposto alla pelle di una bramma di acciaio durante la colata. Lo strumento sviluppato ha permesso di riprodurre con buona approssimazione il ciclo termico e le dinamiche di interazione tra rulli e bramma durante la colata continua. Diverse velocità di colata e prove di raffreddamento monotono dei provini sono state simulate per analizzare le differenze in termini di precipitati tra il caso reale e uno ideale in assenza di oscillazioni termiche. E' stato infine dimostrato statisticamente, tramite osservazioni delle superfici di frattura al microscopio elettronico FEG-SEM, che la precipitazione degli elementi in soluzione è fortemente favorita dalle fluttuazioni termiche, e che la velocità di colata influenza la formazione delle particelle a bordo grano.