Advanced high-strength steels (AHSSs) are crucial for achieving superior strength-to-weight ratios in automotive applications, replacing traditional high-strength low-alloy (HSLA) steels. However, employing AHSSs in thick-plate configurations, e.g., heavy-duty truck chassis, presents challenges due to the potential mechanical property degradation caused by necessary sheet shearing processes, such as hole punching and trimming. This study examines the role of microstructure on the pre- and post-punching fatigue behavior of three AHSSs (800CP, 700MC, and 700MCPlus), each with distinct microstructural constituents but comparable yield and tensile strengths, and compares them with a conventional HSLA steel (500MC) commonly used in heavy-duty truck chassis. Additionally, the impact of different punching geometries on the post-punching fatigue performance of 500MC is assessed.Comprehensive microstructure characterization, tensile testing, high cycle fatigue (HCF) testing pre- and post-punching, fatigue crack growth rate (FCGR) testing, and neutron residual stress measurements are performed. The results show that punching significantly alters the microstructure, leading to microstructure refinement, sub-grain formation, defect creation, residual stresses, and the development of a work-hardened shear-affected zone around the punched edge, along with a rough fracture zone within the punched hole. At higher applied stresses and fewer load cycles (10⁵ cycles), the HCF performance is primarily determined by the fatigue crack growth resistance of the pre-punched microstructure. In this regime, 700MCPlus, with the slowest FCGR, exhibits the highest post-punching fatigue strength, while the other steels with similar FCGR show nearly identical post-punching fatigue strength. Similarly, different punching conditions of 500MC exhibit similar post-punching fatigue strength in this regime, regardless of the punching condition. The investigation into the fatigue crack propagation mechanisms reveals that the enhanced performance of 700MCPlus is due to its unique texture, which limits slip activity, and the presence of martensite at grain boundaries, contributing to crack deflection. These findings underscore the potential for optimizing FCGR behavior through texture design and the dispersion of hard constituents. At lower applied stresses and fewer load cycles (10⁶ - 2 × 10⁶ cycles), however, post-punching fatigue performance is significantly influenced by the changes induced during punching. In homogeneous microstructures (e.g., ferrite in 500MC), surface roughness and, more importantly, residual stress are key factors affecting post-punching fatigue performance. Fatigue cracks initiate at mid-thickness parallel to the punching direction, which corresponds to the location of maximum measured tensile residual stresses, with increases in the residual stress leading to greater reductions in fatigue strength. Conversely, in more heterogeneous microstructures, strain localization plays a critical role when a significant strength difference exists between microconstituents (e.g., martensite and ferrite in 700MCPlus). Strain localization promotes sub-grain formation, reducing the local threshold stress intensity factor range (∆K_th) and facilitating crack initiation. In microstructures with smaller strength differences (e.g., ferrite and bainite in 800CP and 700MC), sub-grains, along with surface roughness and residual stress, significantly contribute to the reduction in post-punching fatigue strength. These findings provide valuable insights into the mechanisms underlying punching-induced fatigue performance degradation, offering potential strategies for optimizing the fatigue properties of AHSSs for new applications.

Avancerade höghållfasta stål (AHSS) är avgörande för att uppnå utmärkt styrka-till-vikt-förhållande inom fordonsindustrin och ersätta traditionella höghåll\-fasta låglegerade stål (HSLA). Användningen av AHSS i grovplåts dimension, exempelvis i chassier för tunga lastbilar, medför dock utmaningar på grund av den potentiella försämringen av de mekaniska egenskaperna som orsakas av nödvändiga skärande bearbetningsprocesser, såsom hålstansning och kantbeskärning. Denna avhandling undersöker mikrostrukturens inverkan på utmattningsegenskaperna före och efter stansning hos tre olika AHSS (800CP, 700MC och 700MCPlus), vilka har olika mikrostrukturbeståndsdelar men jämförbara sträck- och brottgränser, och jämför dem med ett konventionellt HSLA-stål (500MC) som vanligtvis används i lastbilschassier. Dessutom utvärderas effekten av olika stansmetoder på utmattningsprestanda efter stansning hos 500MC. Omfattande mikrostrukturkarakterisering, dragprovning, högcykelutmattningstestning före och efter stansning, mätningar av utmattningsspricktillväxthastighet (FCGR) samt neutronmätningar av restspänningar har utförts. Resultaten visar att stansning avsevärt förändrar mikrostrukturen, vilket leder till mikrostruktur förfining, subkornsbildning, defekter, uppkomst av restspänningar och en deformationshärdad zon runt den stansade kanten, tillsammans med en grov yta, s.k. brottzon, i det stansade hålet. Vid högre belastningar och färre cykler (10⁵ cyklar) styrs HCF-prestandan främst av motståndet mot utmattningsspricktillväxt i mikrostrukturen före stansning, och 700MCPlus, som har den långsammaste FCGR, uppvisar den högsta utmattningshållfastheten efter stansning i detta område, medan de övriga stålen med liknande FCGR uppvisar nästan identiska utmattningsprestanda. Dessutom konstateras att 500MC har liknande utmattningsprestanda efter stansning i detta område, oberoende av stansningsförhållandena. Undersökningen av mekanismerna för spricktillväxt vid utmattning avslöjar att 700MCPlus förbättrade prestanda beror på dess unika textur, som begränsar plastisk deformation, samt förekomsten av martensit vid korngränserna, vilket bidrar till att bromsa växande sprickor. Dessa resultat understryker potentialen att optimera FCGR-beteende genom texturdesign och väl distribuerade hårda mikrostrukturbeståndsdelar. I närheten av utmattningsgränsen (10⁶ - 2 × 10⁶ cyklar) påverkas dock utmattningsegenskaperna efter stansning starkt av de förändringar som induceras under stansningen. I homogena mikrostrukturer (till exempel ferrit i 500MC) är ytfinhet och, än viktigare, restspänningar avgörande faktorer för utmattningsprestanda efter stansning. Utmattningssprickor initieras vid halva tjockleken parallellt med stansriktningen, vilket motsvarar den plats där de maximala drag-restspänningarna uppmätts. Ökningar i dessa restspänningar leder till större minskningar i utmattningshållfastheten. I mer heterogena mikrostrukturer spelar deformationslokalisering en avgörande roll när en betydande skillnad i hållfasthet föreligger mellan mikrostrukturbeståndsdelarna (till exempel martensit och ferrit i 700MCPlus). Deformationslokaliseringen främjar subkornsbildning, vilket underlättar sprickinitiering. I mikrostrukturer med mindre hållfasthetsskillnader (till exempel ferrit och bainit i 800CP och 700MC) bidrar subkorn, tillsammans med ytfinhet och restspänningar, i hög grad till minskningen av utmattningsgränsen efter stansning. Dessa resultat ger värdefulla insikter i de mekanismer som ligger bakom försämringen av utmattningsegenskaper orsakad av stansning och erbjuder potentiella strategier för att optimera AHSS för nya tillämpningar.