Формирование структуры и свойств низкоуглеродистого мартенсита при закалке

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Созданию низкоуглеродистых мартенситных сталей (НМС) предшествовала разработка мало или бесперлитных и бейнитных сталей. Обеим группам сталей для термообработки не требовалось жидких охлаждающих сред, а прочность была на уровне 400-600 МПа. Более высокой прочности соответствовала структура бейнита, но бейнитные стали имеют существенные недостатки, связанные с технологичностью и относительно невысокой вязкостью, т.к. сложно избежать при термообработке появления верхнего бейнита. Современные бейнитные стали имеют прочность на уровне 1500 МПа, но проблемы достижения требуемых характеристик надежности остаются. При отношении Cr/C больше 35 в вес. % (8 ат. %) бейнитное превращение в низкоуглеродистых сталях (0,04-0,1 % С) не наблюдают, и такие стали относят к НМС. В работе изучены стали, обозначенные 07Х3ГНМ, 15Х2Г2НМФБ, 27Х2Г2НМФБ. Цель работы. Определить состав, морфологию и механические свойства НМС с неметаллическими включениями. Оценить влияние структуры мартенсита на механические свойства НМС с сильными карбидообразующими элементами после полной закалки и из межкритического интервала (МКИ). Методы исследований. Для изучения структуры применяли микроскоп Olympus GX-51, растровый электронный микроскоп Tescan MIRA3 с приставкой, позволяющей проводить энергодисперсионный анализ. Тонкую структуру и морфологию фаз изучали просвечивающей и растровой электронной микроскопией. Для просвечивающей электронной микроскопии использовали фольги, полученные методом электрополировки. Образцы предварительно нарезали электроэрозионным станком на пластины размером 10 х 4 мм толщиной 0,2 - 0,3 мм. Далее проводили двухстороннее утонение на наждачных бумагах до толщины 0,05-0,06 мм. Электрополировку проводили при температурах близких к 0 оС, в электролите состава 80 % ледяной уксусной кислоты, 20 % хлорной кислоты. Тонкую структуру просматривали на микроскопах JEM 200CX и СМ 30 при ускоряющем напряжении до 200 кВ. Значение параметра IС определяли в соответствии с ГОСТ 25. 506 - 85, по результатам испытаний на статический изгиб образцов с трещиной, тип 4, размерами 5х10х60 мм. Механические свойства при испытаниях на растяжение определяли по ГОСТ 1497-84, ударную вязкость – по ГОСТ 9454-78. Критические точки были установлены с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии и подтверждены дилатометрическими исследованиями. Термообработка сталей включала закалку 950 °С, отпуск 250 °С в первом случае, и закалку из МКИ во втором. Результаты и обсуждение. Основными включениями НМС были оксиды алюминия, близкие к глобулярной форме оксиды FeO, MnO, SiО2, и продолговатой формы сульфиды (FeS, MnS). В сталях с сильными карбидообразующими элементами карбиды содержали повышенное количество ниобия и ванадия. Исследования разрушения образцов со структурой низкоуглеродистого мартенсита, содержащего неметаллические включения показали, что основной причиной уменьшения вязкости при увеличении содержания углерода является рост доли пластинчатой составляющей. При построении модели разрушения сталей с реечно-пластинчатой структурой мартенсита исходили из аддитивного вклада в прочность различных морфологических форм мартенсита и ведущей роли в инициировании разрушения непроницаемых для дислокаций границ раздела пластинчатой составляющей.

Об авторах

С. К. Березин

Email: Semka-ya@mail.ru
аспирант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Semka-ya@mail.ru

А. А. Шацов

Email: a.shatsov@yandex.ru
доктор технических наук, профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, a.shatsov@yandex.ru

О. С. Теренина

Email: olga.terenina@bk.ru
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, olga.terenina@bk.ru

Список литературы

  1. Клейнер Л.М. Низкоуглеродистые мартенситные стали / Пермский государственный технический университет. – Пермь: ПГТУ, 1997. – 71 с.
  2. Formation of structure and properties of carbide-free bainite in steel 30KHGSA / D.O. Panov, Yu.N. Simonov, P.A. Leont’;ev, M.N. Georgiev, A.Yu. Kaletin // Metal Science and Heat Treatment. – 2016. – Vol. 58, iss. 1–2. – P. 71–75.
  3. Formation of structure of lower carbide-free bainite due to isothermal treatment of steels of type’;s KH3G3MFS and KHN3MFS / Yu.N. Simonov, M.Yu. Simonov, D.O. Panov, V.P. Vylezhnev, A.Yu. Kaletin // Metal Science and Heat Treatment. – 2016. – Vol. 58, iss. 1–2. – P. 61–70.
  4. Утевский Л.М. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. – М.: Металлургия, 1973. – 584 с.
  5. Агбоола О.Ф. Изучение и оптимизация типа и морфологии неметаллических включений в низколегированных высокопрочных сталях: автореф. дис. … канд. техн. наук. – М., 2004. – 18 с.
  6. Бельченко Г.М., Губенко С.И. Неметаллические включения и качество стали. – Киев: Техника, 1980. – 168 с.
  7. Куслицкий А.Б. Неметаллические включения и усталость стали. – Киев: Техника, 1976. – 128 с.
  8. Advancement of the properties of structural steels by creating an optimum form of existence of impurities and nonmetallic inclusions / A.I. Zaitsev, A.B. Stepanov, N.A. Karamysheva, I.G. Rodionova // Metal Science and Heat Treatment. – 2016. – Vol. 57, iss. 9–10. – P. 531–538.
  9. Effect of microstructure and segregation of elements on the impact toughness of high-strength low-carbon bainitic steel / D. Minxian, P. Huaxia, T. Hongbin, S. Li, O. Ling // Metal Science and Heat Treatment. – 2016. – Vol. 58, iss. 3–4. – P. 138–141.
  10. Microstructure and mechanical properties of a thick-section high-strength steel welded joint by novel double-sided hybrid fibre laser-arc welding / Y. Chen, J. Feng, L. Li, S. Chang // Materials Science & Engineering A. – 2013. – Vol. 582. – P. 284–293.
  11. Сталь на рубеже столетий / под науч. ред. Ю.С. Карабасова. – М.: МИСиС, 2001. – 664 с.
  12. Firth K., Garwood R.D. Fractography and fracture toughness of 5% Cr-Mo-V ultrahigh strength steels // Fracture Toughness of High-Strength Materials: Theory and Practice. – London: Iron and Steel Institute, 1970. – P. 81–89.
  13. Финкель В.М. Физические основы торможения разрушения. – М.: Металлургия, 1977. – 359 с.
  14. Ицкович Г.М. Раскисление стали и модифицирование неметаллических включений. – М.: Металлургия, 1981. – 296 с.
  15. Одесский П.Д., Ведяков И.И., Горпинченко В.М. Предотвращение хрупких разрушений металлических строительных конструкций. – М.: СП Интермет Инжиниринг, 1998. – 219 с.
  16. Микляев П.Г., Нешпор Г.С., Кудряшов В.Г. Кинетика разрушения. – М.: Металлургия, 1979. – 279 с.
  17. Krafft J.М. Crack toughness and strain hardening of steels // Applied Materials Research. – 1964. – Vol. 3. – P. 88–101.
  18. Скороходов В.Н., Одесский П.Д., Рудченко А.В. Строительная сталь. – М.: Металлургиздат, 2002. – 622 с. – ISBN 5-902194-02-4.
  19. Knott J.F. Fundamentals of fracture mechanics. – New York: Wiley, 1973. – 273 p.
  20. Verma D.K., Berry J.T. Microstructural and macrostructural modeling of the fracture behavior of pearlitik gray irons // Journal of Engineering Materials and Technology. – 1982. – Vol. 104. – P. 262–266.
  21. Fracture: an advanced treatise. Vol. 3. Engineering fundamentals and environmental effects / ed. by H. Liebowitz. – New York: Academic Press, 1971. – 753 p.
  22. Formation of grain and lath structure in low-carbon martensitic steels by heat cycling / I.V. Ryaposov, L.M. Kleiner, A.A. Shatsov, E.A. Noskova // Metal Science and Heat Treatment. – 2008. – Vol. 50, iss. 9–10. – P. 435–441.
  23. Эволюция фазового состава, дефектной структуры, внутренних напряжений и перераспределение углерода при отпуске литой конструкционной стали / Э.В. Козлов, Н.А. Попова, О.В. Кабанина, С.И. Климашин, В.Е. Громов. – Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2007. – 177 с.
  24. Structure, phase transformations, mechanical characteristics, and cold resistance of low–carbon martensitic steels / V.A. Kozvonin, A.A. Shatsov, I.V. Ryaposov, M.G. Zakirova, K.N. Generalova // The Physics of Metals and Metallography. – 2016. – Vol. 117, N 8. – P. 834–842.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).