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Els acers inoxidables austenítics metaestables (MASS), comprenen un ampli grup d’acers amb la mateixa microestructura i unes propietats mecàniques úniques. Un elevat límit elàstic i alhora bona ductilitat, proporcionen una gran tenacitat quan es compara amb altres metalls. Per aquest motiu, conformen una nova generació d’acers avançats d’alta resistència (AHSS) que destaca per sobre dels aliatges convencionals. En les últimes dècades el seu ús en la indústria de l’automoció ha augmentat, on és àmpliament utilitzat com a element estructural en els cotxes. Milloren el rendiment del cotxe, el confort i seguretat, alhora que redueixen les emissions de CO2 promovent la sostenibilitat. La seva excepcionalitat recau en l’efecte de la TRansformació Induïda per Plasticitat (TRIP) i el maclat induït per plasticitat (TWIP). Les seves propietats mecàniques han estat profundament estudiades per tal de millorar el seu funcionament en servei, adaptant-se a les diverses aplicacions. Tot i així, l’estudi de la seva microestructura sota certes temperatures dona una valuosa informació sobre els límits de les seves aplicacions i els canvies microestructurals que pateix. En aquest projecte de treball de fi de Màster, l’acer TRIP AISI 301LN, ha estat fatigat tèrmicament a 400, 500, 600 y 800°C, durant varis cicles fins a 106. Els canvis microestructurals i de les propietats mecàniques resultants en l’interior del material són estudiats per mitjà de la difracció de raigs X i mesures de microindentació Vickers. La martensita està transformant a austenita, fent decréixer la duresa de la mostra. Els resultats difereixen de la tendència observada a la superfície per microscòpia òptica, on els anàlisis del percentatge de Martensita induïda per deformació (DIM) mostren com creix amb la temperatura. Tant la superfície com l’interior del material estan influenciades per la difusió i precipitació d’estructures nanomètriques de CrN, en les interfases entre les fases de martensita (α’-) i austenita (ϒ-). Els fins grans d’austenita inversa són formats a l’interior del material mentre redueixen la duresa de l’interior. Alhora, els precipitats de CrN produïts, promouen la martensita induïda per deformació causada pel polit mecànic de les mostres. La velocitat de difusió i precipitació dins d’aquest acer TRIP depenen de la temperatura a la que es realitza la fatiga tèrmica. En aquest context, es realitzen anàlisis de nanoindentació per tal de correlacionar les propietats micromecàniques en termes de duresa amb la microestructura resultant induïda durant el procés de fatiga tèrmica a diferents temperatures. S’ha realitzat un enfocament estadístic per tal d’obtenir la duresa en ambdues fases, comparar-ho amb els resultats de l’OM i poder determinar l’energia d’activació per a la difusió en les fases constitutives. La difusió dels precipitats s’ha estudiat la duresa a diferent profunditat dels grans mitjançant varis cicles de polit i mapes de nanoindentació. Mitjançant la microscòpia electrònica d’escaneig d’emissions de camp (FE-SEM), es realitza el “stitching” del mapa de nanoindentació residual per detectar defectes. Els resultats van evidenciar l’efecte del tractament de fatiga tèrmica a la superfície i interior d’aquest acer TRIP i els canvis induïts en ambdues fases constitutives. Aquesta recerca experimental de treball de fi de Màster proporciona una valuosa informació sobre els efectes tèrmics de la microestructura de l’acer TRIP i estableix un punt de partida per a futures investigacions. Los aceros inoxidables austeníticos metaestables(MASS), comprenden un amplio grupo de aceros con la misma microestructura y unas propiedades mecánicas únicas. Un elevado límite elástico y al mismo tiempo buena ductilidad, proporcionan una gran tenacidad cuando se compara con otros metales. Por este motivo, conforman una nueva generación de aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) que destaca sobre las aleaciones convencionales. En las últimas décadas su uso en la industria de la automoción ha aumentado, donde es ampliamente utilizado como elemento estructural en los coches. Mejoran el rendimiento del coche, el confort y seguridad, al tiempo que reducen las emisiones de CO2 promoviendo la sostenibilidad. Su excepcionalidad recae en el efecto de la TRansformación Inducida por Plasticidad (TRIP) y el maclado inducido por plasticidad (TWIP). Sus propiedades mecánicas han sido profundamente estudiadas para mejorar su funcionamiento en servicio, adaptándose a las diversas aplicaciones. Sin embargo, el estudio de su microestructura bajo ciertas temperaturas da una valiosa información sobre los límites de sus aplicaciones y los cambios microestructurales que sufre. En este proyecto de trabajo de fin de Máster, el acero TRIP AISI 301LN, ha sido fatigado térmicamente a 400, 500, 600 y 800°C, durante varios ciclos hasta 106. Los cambios microestructurales y de las propiedades mecánicas resultantes en el interior del material son estudiadas mediante la difracción de rayos X y medidas de microindentación Vickers. La martensita está transformando en austenita, reduciendo la dureza de la muestra. Los resultados difieren de la tendencia observada en la superficie por microscopía óptica, donde los análisis del porcentaje de Martensita Inducida por Deformación (DIM) muestran cómo crece con la temperatura. Tanto la superficie como el interior del material están influenciadas por la difusión y precipitación de estructuras nanométricas de CrN, en las interfases entre las fases de martensita (α'-) y austenita (Υ-). Los finos granos de austenita inversa son formados en el interior del material mientras reducen la dureza. Asimismo, los precipitados de CrN producidos, promueven la DIM causada por el pulido mecánico de las muestras. La velocidad de difusión y precipitación dentro de este acero dependen de la temperatura a la que se realiza la fatiga térmica. En este contexto, se realizan análisis de nanoindentación para correlacionar las propiedades micromecánicas en términos de dureza con la microestructura resultante inducida durante el proceso de fatiga térmica a diferentes temperaturas. Se ha realizado un enfoque estadístico para obtener la dureza en ambas fases, compararlo con los resultados de la OM y poder determinar la energía de activación para la difusión en las fases constitutivas. La difusión de los precipitados se ha estudiado mediante la dureza a diferente profundidad de los granos mediante varios ciclos de pulido y nanoindentación. Con la microscopía electrónica de escaneo de emisiones de campo (FE-SEM), se realiza el "stitching" del mapa de nanoindentación residual para detectar defectos. Los resultados evidenciaron el efecto del tratamiento de fatiga térmica a la superficie e interior de este acero TRIP y los cambios inducidos en ambas fases constitutivas. Esta investigación experimental de trabajo de fin de Máster proporciona una valiosa información sobre los efectos térmicos de la microestructura del acero TRIP y establece un punto de partida para futuras investigaciones. Metastable Austenitic Stainless Steels (MASS) are a wide group of steels with same microstructure and unique mechanical properties. High yield strength and at the same time large elongation yielding as a result of a vast toughness when compared with other metals. This is why they conform a new generation of steels named Advanced High Strenght Steels(AHSS). Because of their good performance, in the last decades it has increased their use in automotive industry where it is already widely implemented as a structural element of the car. They successfully enhance the car performance, comfort and safety at the same time they reduce the CO2 emissions thus enhancing the sustainability. Their exceptionality lies on the Transformation Induced Plasticity (TRIP) effect and the Twinning Induced Plasticity (TWIP) effect. Their mechanical properties have been widely studied in terms of improving their performance in service and adapt to the different applications. Nevertheless, the study of the behavior of the microstructure under certain temperatures gives a valuable information about the limits of their performance, and the microstructural changes they can suffer. In this Master’s thesis project, AISI 301LN TRIP-steel is thermally fatigued at of 400, 500, 600 and 800°C during different number of cycles up to 106 cycles. The resulting microstructural and mechanical changes are spotted in the bulk of the steel by means of X-Ray Diffraction and Vicker’s microindentation measurements. Martensite is reversing to austenite decreasing the hardness of the sample. These results differ on the observed trend at the surface of the material by using optical microscopy (OM) analysis where percentage of Deformation Induced Martensite (DIM) increases with temperature. Both surface and bulk are influenced by the diffusion and precipitation of CrNnanometric clusters on the interphases between the martensitic (α’-) and austenitic (ϒ-) phases. Fine grains of reversed austenite are formed inside of the material while reducing the hardness. And at the same time, CrN precipitation occurs and promotes the DIM on the surface caused by the polishing of the samples. Diffusion and precipitation rate inside the TRIP-steel depends on the thermal fatigue temperature. Within this context, nanoindentation analysis are performed in order to correlate the micromechanical properties in terms of hardness with the resulting microstructure induced during the thermal fatigue process conducted at different temperatures. In this sense, a statistical approach is performed in order to obtain the hardness in both phases, compare with OM results, and be able to determine the activation energy for the diffusion in the constitutive phases. Diffusion of precipitates is spotted by studying the hardness at different depth of the grains by means of cycling polishing and high speed nanoindentation mapping. Using Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM), stitching of the residual nanoindentation map is performed to spot defects on the nanoindentation grid. Results evidenced the effect of thermal fatigue treatment on the surface and bulk of this TRIP-steel and the induced changes in both constitutive phases. This experimental Master’s thesis research project gives a valuable information on the thermal effects of the microstructure of TRIP-steel and sets a starting point for further investigations.

Metastable austenitic stainless steels are distinguished by their susceptibility to the Transformation Induced Plasticity (TRIP) effect, where austenite (γ) to martensite (α’- and/or ε) transformation is triggered mechanically. They present an optimal relationship between mechanical and physical properties. Surface modification of TRIP steels, and particulaly an AISI 301LN metastable austenitic stainless steel specimens, was performed in order to study the possibility of enhancing their tribological and mechanical properties, by means of a parametric ground polishing analysis, used as a Surface Mechanical Modification Technique. To the best knowledge of the author, this technique has not been studied yet for this application, according to the performed literature review. Microstructural and mechanical properties are studied with the help of advanced characterisation techniques, e.g. Field-Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM), Focus Ion Beam (FIB), etc. Experimental results demonstrate that an increase in grinding abrasion induces phase transformation and nano-structuring of the materials’ subsurface, by generation of compressive residual stresses, which contribute to an increase in the overall hardness of the material, which has been noticeable up to the micro-range. In addition, a qualitative analysis of the tribological images obtained leads to demonstrating an evolution in the surface deformation mechanisms, from shear bands to mechanisms related to the grain boundary rotation, as the grinding treatment intensifies. The path opened by this investigation could allow future studies to focus on a more exhaustive analysis of the benefits produced by this surface modification technique, by studying wear rates, the evolution of the friction coefficient and also the fatigue properties.

This Master Thesis consists of the development of an experimental program related to the cross-sectional behaviour of austenitic stainless steel beams and stub columns. The tests are performed on both compact and slender sections under pure bending and pure compression. Current design codes will be evaluated with the results obtained. The tests are framed within a vaster study related to the structural behaviour of austenitic stainless steel elements at the frames, columns, beams and material levels.

L’acer inoxidable austenític metastable forma part de la família dels acers d’alta resistència que s’utilitzen actualment en el desenvolupament de vehicles més lleugers. Es caracteritza per ser susceptible a la transformació martensítica sota l’acció d’una deformació plàstica, fet que li confereix un seguit de propietats mecàniques molt adequades per al sector de l’automoció. Tot i així, el grau en el que es produeixi la transformació martensítica pot afectar directament a la capacitat de deformar plàsticament, així com el seu comportament a fatiga, fent que en molts casos sigui difícil predir la seva resposta mecànica. La gran majoria d’estudis que es troben en la bibliografia estan dedicats a analitzar l’efecte de la presència de fase martensítica en acers sotmesos a tracció i/o fatiga a baix i alt nombre de cicles però hi ha molt poca informació relacionada amb la repercussió enfront al desgast. Des d’aquest punt de vista, en aquest projecte s’ha analitzat i avaluat la resposta al desgast de l’acer inoxidable austenític metastable EN 1.4318 (AISI 301 LN), en quatre condicions de partida diferents; una en estat de recuit i tres en estat de laminat en fred amb diferents percentatges de martensita. Els assajos s’han realitzat amb un tribòmetre per a distàncies entre 100 i 1000 m, a diferents càrregues per a una mateixa velocitat de lliscament. S’ha determinat la cinètica de desgast per a cada condició de material mitjançant dos mètodes diferents: mètode de la pèrdua de pes i mètode del volum desgastat. S’han analitzat les petjades de desgast mitjançant un rugosímetre i avaluat el mecanisme de desgast a partir de la tècnica de microscòpia electrònica de rastreig. D’altra banda, l’avaluació de la transformació martensítica originada al llarg dels assaigs de desgast s’ha dut a terme a partir de la tècnica de difracció de raig-X i del perfil de dureses en la secció transversal sota la petjada de desgast. Els resultats mostren que a mesura que augmenta la quantitat inicial de fase martensítica disminueix la resistència al desgast de l’acer. No obstant, s’observa que la velocitat de desgast va disminuint al llarg del temps i s’estabilitza a un valor que és més elevat quan més gran sigui el percentatge inicial de martensita. L‘anàlisis de les petjades de desgast posa de manifest que el mecanisme de desgast predominant, en les condicions de desgast estudiades, és la tribocorrosió i aquest es desenvolupa de forma similar indistintament del contingut inicial de martensita.

Los aceros del grado AISI 301 LN son aceros de baja aleación de tipo austenítico metaestable, es decir la estructura austenítica es susceptible de transformarse en martensita bajo solicitación mecánica. En este proyecto se ha estudiado un acero AISI 301 LN C1050, el cual ha sufrido un 25% de reducción por laminación en frío, lo que hace que contenga un porcentaje de martensita de 28%. El proyecto tiene un doble objetivo: - Primero se ha investigado el tratamiento de reversión óptimo para obtener un acero recristalizado con un tamaño de grano fino de austenita, eliminando al mismo tiempo la presencia de martensita inducida por la laminación anterior. Se ha escogido en base a trabajos previos una temperatura de tratamiento de reversión de 750°C. La investigación se realiza con dos tiempos 10 y 15 minutos para dos desarrollos experimentales. - El segundo objetivo ha sido evaluar el efecto del refinamiento de grano en la vida a fatiga. Se han realizado ensayos a dos millones de ciclos con un relación de esfuerzos R = 0,1 del material tratado y sin tratar. Se ha observado también el efecto del acabado de los bordes de las probetas sobre el límite a fatiga. La caracterización microestructural y mecánica del acero en sus diferentes estados se ha efectuado mediante las técnicas de: - Microscopía óptica (en modo confocal) y difractometría de rayos X para estudiar la microestructura. - Rugosidad para analizar el estado de las probetas y el efecto del pulido sobre el límite a fatiga. - Dureza, tracción y fatiga de alto número de ciclos para evaluar el efecto del afino del grano, comparando las propiedades antes y después del tratamiento térmico de reversión. Los resultados de las investigaciones efectuadas en este proyecto mostraron que el tratamiento de reversión permite obtener una microestructura totalmente austenítica, con un tamaño de grano promedio de 3 μm, frente a las casi 12 μm del estado laminado, probándose así la eficacia de la reversión de la fase martensítica. En lo que se refiere a las propiedades mecánicas, el acero tratado reveló valores más elevados en comparación al acero recocido, como era de esperar debido al afino del grano austenítico. La sensibilidad a fatiga del material tratado de microestructura austenítica alcanzó valores bastante similares al acero laminado (C1050) y supera al acero recocido (2B). Se demostró también que la sensibilidad fue más alta cuando los bordes presentan una rugosidad similar a la de la superficie. Incoming

El control de la microestructura necesita la optimización de las condiciones del conformado en caliente. La recristalización dinámica es el fenómeno protagonista durante un proceso termomecánico, por lo que tiene un interés industrial, permitiendo mejorar las propiedades mecánicas de los aceros inoxidables mediante el afinamiento de grano, y al mismo tiempo aumentar la resistencia a la fragilización y a la corrosión. El objetivo principal de este trabajo es estudiar el comportamiento termomecánico de cuatro aceros inoxidables austeniticos: dos comerciales AISI 304 relativamente altos de elementos de aleación y dos aceros de laboratorio, de alta pureza y libres de intersticiales. La primera parte del estudio se centrará en los mecanismos elementales que intervienen y afectan a la recristalización dinámica (endurecimiento, restauración dinámica, nucleación y crecimiento de los nuevos granos). La segunda parte, modelizará las curvas de fluencia en diferentes grados de temperatura y diferentes velocidades de deformación mediante la cuantificación de dichos fenómenos. Las curvas de fluencia anteriormente mencionadas se han obtenido mediante ensayos de compresión uniaxial. Y finalmente un estudio de la evolución de la microestructura, mediante el microscopio óptico y MEB-EBSD en las tres principales etapas que caracterizan las curvas de fluencia en dos casos: en el de afinamiento de grano (bajas temperaturas y altas velocidades de deformación) y en el de su crecimiento (altas temperaturas y bajas velocidades de deformación). El uso de la técnica EBSD, permite un estudio amplio de microestructura y al mismo tiempo ofrece datos sobre las orientaciones y la evolución de la microtextura durante el proceso de deformación.El efecto del grado de pureza será discutido y una comparación de diferentes parámetros de los cuatro materiales permitirá concretar el efecto del soluto en general y del carbono en particular, en diferentes etapas de deformación y según las condiciones de deformación. Para el acero de alta pureza y ultra alta pureza se estudiará el efecto del tamaño de grano inicial sobre la etapa del endurecimiento y la cinética de la recristalización dinámica. Finalmente se realizó un estudio sobre el tamaño de grano recristalizado dinámicamente que se considera el cambio microestructural más importante y beneficioso del proceso de conformado en caliente en su totalidad.

This Master Thesis consists of the development of an experimental program related to the flexural buckling behaviour of austenitic stainless steel columns. The tests are performed with rotational constraints in both minor and major axes. Current design codes will be evaluated with the results obtained. The tests are framed within a vaster study related to the structural behaviour of austenitic stainless steel elements at the frames, columns, beams and material levels.