Tensile testing was carried out on five microalloyed steels in order to investigate the hot ductility behaviour between 800 and 1300°C, and between 1400°C and the solidus temperature. The influence of an increase of the carbon content up to the peritectic composition (≈0.14 wt%) in Nb-Ti-Al bearing steels, and the effect of microalloying additions (Al, Al-Nb-Ti and, Al-Nb-Ti-V-Cr) were examined.

Above 1400°C, intergranular embrittlement occurs by incipient melting at the grain boundary at temperatures between 0 and 30°C below the solidus. The increase in the carbon content from 0.07 to 0.14 wt% leads to a decrease of the grain boundary incipient melting temperature, although the bulk solidus temperatures for all the steels remain more or less constant at about 1500°C. This is explained by the grain boundary segregation behaviour of carbon. According to differential thermal analysis results, embrittlement occurs in the single 8 ferrite phase for the low carbon steels (0.07 and 0.1 wt%) and in the y +8 duplex region for the 0.14 wt% C steel. At 1480°C, for the 0.14 wt% C steel, the grain boundary segregation of carbon in the 8-ferrite and austenite phases is estimated to be 80 and 12 at%, respectively. It is concluded that the lower carbon content at austenite grain boundaries leads to the observed lower incipient melting temperature of the 0.14 wt% C steel. It has also been shown qualitatively that the Cr addition could increase the grain boundary incipient melting temperature by decreasing C, S and P segregation, via the effect of chemical interaction on segregation behaviour.

Above 1400°C, fractography reveals that the grain size in the steel with the peritectic composition (0.14 wt% C) is coarser than that of the low carbon grades (0.07-0.1 wt% C). This effect is attributed to:​ (i) the higher y/8 transformation temperature in the steel with the peritectic composition, thus allowing more grain coarsening, and (ii) the lower amount of 8 ferrite, which reduces the pinning effect of this phase on austenite grain growth. In the Cr containing steel the relatively low degree of segregation also produces a coarser structure than that of the Nb/Ti/Al steel, because the pinning effect of the segregating species is diminished.

In the temperature range 800-1300°C, the ductility is strongly dependent on prior heat treatment. For the Nb-Ti-Al bearing steels, an increase of the carbon content up to 0.14 wt% slightly affects hot ductility after direct heating and annealing at 1330°C. However, after sensitizing at 1480°C the width of the ductility trough is increased in the 0.14 wt% C steel. This effect is attributed to the coarser austenite structure inherited from the sensitizing treatment.

For the C-Mn-Al steel, the ductility is the lowest following the direct heat treatment because of the presence of a greater volume percent of AIN precipitates at the grain boundaries compared to the Nb-Ti-Al steels. In contrast, after annealing and sensitizing, the C-Mn-Al grade displays the highest ductility because of the sluggish rate of precipitation of AIN in austenite.

Finally, Ti additions to Nb containing steels improve the ductility because some of the Nb is combined with TiN particles both as complex TiNb(C,N) and by precipitating as NbC on existing particles. Such precipitation is less deleterious to ductility than the fine dispersion of NbCN which would otherwise takes place in the absence of TiN. The addition of V to the Nb-Ti-Al steels (which contains also Ni and Cr) increases the ductility because of the retardation of Nb(C,N) precipitation. However, after the sensitizing treatment, at low test temperatures, the V containing grade displays the lowest ductility because of the coarser grains.

Des tests de traction ont été éffectués sur cinq aciers microalliés afin d'étudier leur ductilité à des températures comprises entre 800-1300°C et entre 1400°C et la température de solidus. L'effet d'une augmentation de la teneur en carbone jusqu'à la composition péritectique (≈0.14 pds %) dans des aciers contenant du niobium et du titane a été étudié, ainsi que l'influence d'éléments de microalliage tels que Al, Al-Nb-Ti et Al-Nb-Ti-V-Ni-Cr.

Au dessus de 1400°C, la rupture intergranulaire est causée par la fusion des joints de grain à des températures comprises entre 0 et 30°C en dessous du solidus. Une augmentation de la teneur en carbone de 0.07 à 0.14 pds % diminue la température de fusion des joints de grain, quoique, pour tous les aciers, la température du solidus de la matrice est approximativement constante (≈ 1500°C). Ce phénomène est attribué à la ségrégation du carbone. Selon les résultats de l'analyse thermique différentielle, la rupture se produit en phase 8 pour les aciers bas carbone (0.07 et 0.1 pds % C) et dans la région biphasée y+8 pour l'acier contenant 0.14 pds % de carbone. A 1480°C, pour l'acier à 0.14 pds % de carbone, la ségrégation du carbone en phases 8 et y a été estimée à 80 et 12 at%, respectivement. Nous concluons que la plus basse teneur en carbone est la cause d'une température de fusion des joints de grain plus basse dans l'acier contenant 0.14 pds % de carbone. Nous montrons aussi, qualitativement, que l'addition de Cr augmente la température de fusion des joints de grain en diminuant la ségrégation de C, S and P par une intéraction chimique.

Au dessus de 1400°C, l'analyse fractographique a montré que pour l'acier de composition péritectique (0.14 pds% C), la taille des grains est plus importante que celle des aciers à niveau de carbone plus bas (0.07-0.1 pds % C). Cette observation s'explique d'une part par la température de transformation y/8 plus élevée dans le cas de l'acier de composition péritectique, permettant une croissance des grains plus importante, et d'autre part, par le plus faible pourcentage de ferrite 8 dont l'effet de retenue sur la croissance des grains austénitiques est ainsi diminué. Dans l'acier au chrome, le faible taux de ségrégation permet aussi une croissance plus importante des grains que dans l'acier au Nb/Ti/Al parce que l'effet des éléments ségrégés sur le grossissement des grains décroit.

Dans le domaine de température 800-1300°C, la ductilité est fortement influencée par le traitement thermique. Pour les aciers au Nb, Ti et Al, suite à un chauffage direct à la température de test ou au traitement thermique de recuit à 1330°C, une augmentation de la teneur en carbone jusqu'a 0.14 pds % a peu d'effet sur la ductilité à chaud. Cependant, pour l'acier contenant 0.14 pds % de carbone, la largeur de la poche de ductilité augmente après le traitement de sensibilisation à 1480°C. Ce phénomène s'explique par la plus grande taille des grains austenitiques dans cet acier, hérités du traitement de sensibilisation.

La ductilité de l'acier C-Mn-Al est la plus basse lors du chauffage direct, ceci parce que le pourcentage volumique de précipités aux joints de grain est plus important que les aciers au Nb-Ti-Al. A l'opposé, après recuit ou sensibilisation, cet acier possède la ductilité la plus élevée car la reprécipitation des nitrures d'aluminium est très lente dans l'austénite.

Enfin, l'addition de titane dans les aciers au niobium améliore la ductilité car une partie du Nb est combinée avec les précipités de TiN à la fois sous forme de complexes TiNb(C,N) et par précipitation de NbCN sur les particules déja présentes. Ce réseau de précipités provoque une plus faible décroissance de la ductilité qu'une fine dispersion de NbCN qui existerait en l'absence de TiN. L'addition de vanadium aux aciers Nb-Ti-Al augmente la ductilité parce que la précipitation de Nb(C,N) est retardée. Cependant, après le traitement de sensibilisation, à basse température, la nuance contenant du vanadium possède une ductilité plus basse que celle des aciers au Nb, Ti et Al en raison d'une taille de grains plus importante.