Estudio de la soldabilidad de aceros avanzados de tercera generación de baja densidad del sistema Fe -Mn-Al-C

Abstract

Steels have been used over the years in large volumes in several industries due to their attractive mechanical properties. In this sense, the automotive industry has made efforts to reduce the weight of structures to increase the efficiency of fossil fuels and reduce CO2 emissions into the atmosphere. The low-density steels of the Fe-Mn-Al-C system show a global reduction in density, anticorrosive properties and can achieve high mechanical strength accompanied by significant elongation, however, they present issues for being welded by conventional high heat input welding processes due to phase transformations during the heating or cooling stages, as well as, precipitated second phases such as ?- carbides, AlN, MnS or Mn-?. The main objective of this research work is to evaluate the weldability of low-density austenitic steels by GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) process. For this purpose, low-density austenitic microalloyed steels with Ti/B and Ce/La and non-microalloyed were used, which a microstructural conditioning was made, consisting of a homogenization, hot rolling and solubilization. Before joining the plates, welding buttons were made with different current intensities to approximate the welding parameters. Thermal field simulations of plate welding were also performed using the finite element method and using ANSYS software. Finally, the welding of 3.5 mm thick plates was carried out through the GTAW process with different heat inputs. The welded joints were characterized metallographically, structurally and mechanically using optical microscopy (LOM), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), Vickers microhardness (HV) and micro-tensile tests.

Los aceros se han utilizado a través de los años en grandes volúmenes en diversas industrias debido a sus atractivas propiedades mecánicas. En este sentido, la industria automotriz se ha esforzado por reducir el peso de las estructuras para aumentar la eficiencia de combustibles fósiles y reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera. Los aceros de baja densidad del sistema Fe-Mn-Al-C poseen una reducción global de densidad, propiedades anticorrosivas y pueden alcanzar una elevada resistencia mecánica acompañada de un alargamiento importante, sin embargo, presentan problemas para ser soldados mediante procesos de soldadura convencionales de alto aporte térmico debido a las transformaciones de fase durante las etapas de calentamiento o enfriamiento, además de segundas fases precipitadas como los carburos ?, AlN, MnS o Mn-?. El objetivo principal de este trabajo de investigación es evaluar la soldabilidad de aceros de baja densidad austeníticos por el proceso de soldadura GTAW (Gas Tungsten Arc Welding). Por ello, se usaron aceros de baja densidad austeníticos microaleados con Ti/B y Ce/La y no microaleados, a los cuales se les realizó un acondicionamiento microestructural, consistente de homogenizado, laminación en caliente y solubilizado. Previo a la unión de placas, se realizaron botones de soldadura con diferentes intensidades de corriente para aproximar los parámetros de soldadura. También, se realizaron simulaciones de campo térmico de la soldadura de placas mediante el método de elemento finito y utilizando el software ANSYS. Finalmente, se llevó a cabo la soldadura de placas 3.5 mm de espesor a través del proceso GTAW con diferentes aportes térmicos. Las uniones soldadas se caracterizaron metalográfica, estructural y mecánicamente mediante microscopía óptica (MO), microscopía electrónica de barrido (MEB), difracción de rayos-X (XRD), microdureza Vickers (HV) y ensayos de microtracción.