A study on interface condition in high Mn TWIP steel after initial stage of oxidation process

Abstract

Twinning induced plastic steel, known as TWIP steel, is now highly adopted to mobile industry because of excellent mechanical property and light weight. In addition, its ability to absorb energy during collision is perfect to form car frames. However, in steel industry, surface protection is a vital part and hot-dip galvanizing of Zinc coating process has therefore been selected to coat a thin film above substrate steel. Meanwhile, before coating, recrystallization annealing has to be adopted for grain growth and residual stress removal. Hydrogen-contained atmosphere is built to reduce iron oxides. But this would heavily influence the humidity and therefore oxidize other alloying elements, which we called selective oxidation. Coating quality relies mainly on surface flatness after annealing. Humidity, which is indicated by dew-point temperature, has been approved having a deep influence on selective oxidation at standard processing line.

A novel Fe-17Mn-1.95Al-0.06Si steel is investigated to examine the interface condition after oxidation at lower temperatures with a dew-point temperature equal to -200C. Effects brought by different duration time and gas composition were also checked. SEM results show that obvious oxide layer didnt show up until 6000C. Both temperature and gas composition didnt show a firm relationship with oxide surface uniformity. With increasing heating temperature, layer thickness increased from 530-600nm. When extending duration time from 60s to 180s, a more uniform surface formed without a significant change of layer thickness. EDS mapping result shows that manganese oxide layer forms above the interface. Below the interface, some remained manganese element formed Al-Mn oxides with those penetrated oxygen, while aluminum oxides formed in even deeper position along grain boundaries. In between the manganese oxide layer and substrate austenite steel, there is a Manganese depleted zone forms and remained steel here transformed from austenite FCC structure to ferrite BCC structure, which is evidenced by their diffraction pattern. The deepest position that oxides formed, which means oxygen penetrated, is almost the same with the depth of manganese-depleted zone. Oxides type didnt change with variation of temperature and duration time. But when gas composition changes from pure nitrogen, to 10% hydrogen, finally 20% hydrogen, it varies a lot due to different external oxygen potential.

TWIP 강철로 알려진 트윈닝 유도 플라스틱 강철은 우수한 기계적 특성과 가벼운 무게로 모바일 산업에서 널리 채택되었다. 또한 충돌 시 에너지를 흡수하는 능력은 자동차 프레임을 형성하기에 완벽하다. 그러나, 철강 표면 보호는 중요한 부분이며, 따라서 아연 도금 프로세스의 핫 딥 아연도금 공정을 선택하여 기판 위의 박막을 코팅했다. 한편, 코팅하기 전에, 곡물의 성장과 잔류응력 제거를 위해 재분배 해제를 채택해야 한다. Hydrogen-contained 분위기 철 산화물을 줄이기 위해 지어졌다. 하지만 이것은 습도에 큰 영향을 미칠 것이고 따라서 우리가 선택적 산화라고 부르는 다른 합금 원소들을 산화시킬 것이다. 코팅 품질은 소둔 후 표면 평탄도에 주로 의존한다. 이슬점 온도로 나타내는 습도는 표준 처리 라인의 선택적 산화에 큰 영향을 미치는 것으로 승인되었다.

새로운 Fe-17Mn-1.95Al-0.06Si 철강를 조사하여 –200C의 이슬점 낮은 온도에서 산화한 후 계면 상태을 조사한다. 다른 지속시간 및 가스 분위기로 인한 효과도 확인되었다. SEM 결과는 분명한 산화물 층이 6000C까지 나타나지 않았음을 보여준다. 온도와 가스 구성 모두 산화 표면 균일성과 확실한 관계를 보여주지 않았다. 가열 온도가 증가함에 따라 레이어 두께는 530~600nm에서 증가하였다. 지속시간을 60초에서 180초로 연장할 때, 층 두께의 큰 변화 없이 보다 균일한 표면이 형성된다. EDS 매핑 결과는 망간 산화층이 계면 위에 형성된다. 인터페이스 아래에 남아 있는 망간는 침투한 산소와 함께 Al-Mn 산화물을 형성했고 알루미늄 산화물들은 곡물 경계를 따라 훨씬 더 깊은 위치에서 형성되었다. 망간 산화물 층과 기질 오스테나이트 강재 사이에는 망간 고갈 구역 형태가 있으며, 여기에 남아 있는 철강은 오스테나이트 FCC 구조에서 페라이트 BCC 구조로 변화되어 있으며, 이는 그 분해 SADP( selected area diffraction pattern)으로 입증된다. 산소가 침투했다는 의미인 산화물이 형성한 가장 깊은 위치는 망간이 고갈된 지역의 깊이와 거의 동일하다. 산화물 유형은 온도와 지속 시간의 변화에 따라 변하지 않았다. 그러나 가스 분위기 질소에서 10%, 최종적으로 20%의 수소까지 변할 때, 그것은 다른 외부 산소 전위 때문에 많이 변한다.