Effect of thermal-kinetic conditions of austenite transformation on the structural-phase state of low-carbon steel sheets

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The structure and mechanical properties of rolled sheets with a thickness of 40 mm made of lowcarbon low-alloyed steel after thermomechanical treatment of different modes are investigated. The structural factors that affect obtaining high mechanical properties are established. It is shown that a complex treatment including quenching from the rolling temperature and high-temperature tempering with a subsequent additional cycle of quenching and tempering leads to formation of rolled sheet uniform over the cross section with a fragmented bainite structure with disperse niobium carbides and carbides of cementite type. Such structure provides a yield strength of no less than 630 MPa in combination with high values of the impact energy at negative temperatures and a level of plasticity of δ ≈ 20%.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Yu. V. Khlebnikova

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: yulia_kh@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620108

I. L. Yakovleva

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: yulia_kh@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620108

L. Y. Egorova

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: yulia_kh@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620108

T. R. Suaridze

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: yulia_kh@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620108

N. L. Chernenko

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: yulia_kh@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620108

V. V. Ryabov

Central Research Institute of Structural Materials Prometei, Research Center Kurchatov Institute

Email: yulia_kh@imp.uran.ru
Russian Federation, St. Petersburg, 191015

S. V. Korotovskaya

Central Research Institute of Structural Materials Prometei, Research Center Kurchatov Institute

Email: yulia_kh@imp.uran.ru
Russian Federation, St. Petersburg, 191015

E. I. Khlusova

Central Research Institute of Structural Materials Prometei, Research Center Kurchatov Institute

Email: yulia_kh@imp.uran.ru
Russian Federation, St. Petersburg, 191015

References

  1. Бернштейн М.Л., Займовский В.А., Капуткина Л.М. Термомеханическая обработка стали. М.: Металлургия, 1983. 480 с.
  2. Голубева М.В., Сыч О.В., Хлусова Е.И., Мотовилина Г.Д., Святышева Е.В., Рогожкин С.В., Лукьянчук А.А. Изменение структуры высокопрочной экономнолегированной стали марки 09ХГН2МД при отпуске // Вопр. материаловедения. 2018. № 1 (93). С. 15–26. https://doi.org/10.22349/1994-6716-2018-93-1-15-26
  3. Князюк Т.В., Новоскольцев Н.С., Хлусова Е.И., Зисман А.А. Влияние ванадия, ниобия и бора на кинетику рекристаллизации аустенита сталей различного уровня прочности в условиях горячей деформации // Вопр. материаловедения. 2023. № 1 (113). С. 5–14. https://doi.org/10.22349/1994-6716-2023-113-1-05-14
  4. Никитина В.Р., Пазилова У.А., Хлусова Е.И. Влияние ванадия и ниобия на фазовые превращения в хромоникельмолибденовой судостроительной стали // Вопр. материаловедения. 2023. № 2 (114). С. 15–26. https://doi.org/10.22349/1994-6716-2023-114-2-15-26
  5. Зисман А.А., Сошина Т.В., Хлусова Е.И. Влияние микролегирования ниобием на рекристаллизационные процессы в аустените низкоуглеродистых легированных сталей // Вопр. материаловедения. 2013. № 1 (73). С. 31–36.
  6. Fernandez A.I., Uranga P., Lopez B., Rodriguez- Ibabe J.M. Dynamic recrystallization behavior covering a wide austenite grain size range in Nb and Nb-Ti microalloyed steels // Mater. Sci. Eng. 2003. № 361. P. 367–376.
  7. Сыч О.В., Круглова А.А., Счастливцев В.М., Табатчикова Т.И., Яковлева И.Л. Влияние ванадия на дисперсионное упрочнение при отпуске высокопрочной трубной стали с различной исходной структурой // ФММ. 2016. Т. 117. № 12. С. 1321–1331.
  8. Коротовская С.В., Сыч О.В., Хлусова Е.И., Забавичева Е.В. Влияние содержания хрома в низкоуглеродистых сталях бейнитно-мартенситного класса на характеристики работоспособности // Вопросы материаловедения. 2023. № 2. (114) С. 36–47. https://doi.org/10.22349/1994-6716-2023-114-2-36-47
  9. Cергеев С.Н. Сафаров И.М., Жиляев А.П., Галеев Р.М., Гладковский С.В., Двойников Д.А. Влияние деформационно-термического воздействия на формирование структуры и механических свойств низкоуглеродистой конструкционной стали //ФММ. 2021. Т. 122. № 6. С. 665–672.
  10. Зисман А.А., Сошина Т.В., Хлусова Е.И. Построение и использование карт структурных измерений при горячей деформации аустенита низкоуглеродистой стали 09ХН2МДФ для оптимизации промышленных технологий // Вопр. материаловедения. 2013. № 1 (73). С. 37–48.
  11. Шиляев П.В., Богач Д.И., Краснов М.Л., Корнилов В.Л., Стеканов П.А., Счастливцев В.М., Яковлева И.Л., Урцев В.Н., Хабибулин Д.М., Шмаков А.В. Механические свойства и структурное состояние листового проката из высокопрочной износостойкой свариваемой стали Н500 MAGSTRONG® // Металловедение и термич. обр. металлов. 2020. Т. 11. С. 8–12.
  12. Пышминцев И.Ю., Борякова А.Н., Смирнов М.А. Влияние скорости охлаждения на структуру и свойства низкоуглеродистой трубной стали // Металлург. 2008. № 8. С. 48–51.
  13. Счастливцев В.М., Табатчикова Т.И., Яковлева И.Л., Дельгадо Рейна С.Ю., Голосиенко С.А., Пазилова У.А., Хлусова Е.И. Влияние термомеханической обработки на сопротивление хрупкому разрушению низкоуглеродистой низколегированной стали // ФММ. 2015. Т. 116. № 2. С. 199–209.
  14. Голубева М.В., Сыч О.В., Хлусова Е.И., Мотовилина Г.В. Исследование механических свойств и характера разрушения новой экономнолегированной хладостойкой стали с гарантированным пределом текучести 690 МПа // Авиационные материалы и технологии. 2017. № 4 (49). С. 19–24.
  15. Эфрон Л.И. Металловедение в “большой” металлургии. Трубные стали. М.: Металлургиздат, 2012. 696 с.
  16. Пышминцев И.Ю., Смирнов М.А. Структура и свойства сталей для магистральных трубопроводов. Екатеринбург: изд-во УМЦ УПИ, 2019. 242 с.
  17. Wang D., Zhong Q., Yang J., Zhang S. Effects of Cr and Ni on the microstructure and corrosion resistance of high-strength low alloy steel // J. Mater. Research Techn. 2023. V. 23. P. 36–52. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.12.191
  18. Soleimani M., Mirzadeh H., Dehghanian C. Effect of grain size on the corrosion resistance of low carbon steel // Mater. Res. Express. 2020. V. 7. Р. 016522. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab62fa
  19. Wang P., Ma L., Cheng X., Li X.G. Effect of grain size and crystallographic orientation on the corrosion behaviors of low alloy steel // J. Alloys Compounds. 2021. V. 857. P. 158258. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.158258
  20. Горбачев И.И., Корзунова Е.И., Попов В.В., Хабибулин Д.М., Урцев Н.В. Модель для прогнозирования размера аустенитного зерна при горячей деформации низколегированных сталей с учетом эволюции дислокационной структуры // ФММ. 2023. Т. 124. С. 1244–1252.
  21. Горбачев И.И., Корзунова Е.И., Попов В.В., Хабибулин Д.М., Урцев Н.В. Моделирование роста аустенитного зерна в низколегированных сталях при аустенитизации // Физика металлов и металловедение. 2023. Т. 124. С. 303–309.
  22. Счастливцев В.М., Табатчикова Т.И., Яковлева И.Л., Круглова А.А., Хлусова Е.И., Орлов В.В. Особенности структуры бейнита в низкоуглеродистых свариваемых сталях после термомеханической обработки // Вопр. материаловедения. 2009. № 3(59). С. 26–38.
  23. Счастливцев В.М., Табатчикова Т.И., Яковлева И.Л., Клюева С.Ю., Круглова А.А., Хлусова Е.И., Орлов В.В. Влияние температуры распада аустенита на морфологию бейнита и свойства низкоуглеродистой стали после термомеханической обработки // ФММ. 2013. T. 114. С. 457–467.
  24. Яковлева И.Л., Терещенко Н.А., Урцев Н.В. Наблюдение мартенситно-аустенитной составляющей в структуре низкоуглеродистой низколегированной трубной стали // ФММ. 2020. Т. 121. № 4. С. 396–402.
  25. Krauss G., Thomson S.W. Ferritic Microstructures in Continuously Cooled Low- and Ultra-low-carbon Steels //JSJI International. 1995. V. 35. № 8. P. 937–945.
  26. Орыщенко А.С., Голосиенко С.А., Хлусова Е.И., Сыч О.В., Коротовская С.В., Рябов В.В., Шумилов Е.А., Яшина Е.А., Владимиров А.Д., Попков А.Г., Хадеев Г.Е., Гелевер Г.Д. Листовой прокат, изготовленный из высокопрочной стали // Патент RU2726056 C1, опубл. 08.07.2020.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Sections of lath martensite with layers of residual austenite in the near-surface layer of sheets No. 1 (a–g) and No. 2 (d, e): a, c, d – bright-field images; b – dark-field image in the combined reflection of martensite g1=1 2 1α and austenite g2=1 1 3γ; g, e – dark-field images in the reflection of residual austenite g=002γ.

Download (583KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Section of the structure of the near-surface layer of sheet No. 2 with carbides: a – dark-field image in the cementite reflection g=313Fe3C; b – electron diffraction pattern; c – decoding scheme, the reflection g=313Fe3C is indicated by an arrow.

Download (191KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. A section of the mixed structure of the central zone of sheet No. 1: a – bright-field image; b – dark-field image in the reflection g1=121α; c – dark-field image in the reflection g2=110α; g – electron diffraction pattern.

Download (412KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Structure of lath (a) and globular (b) bainite with islands of the MA component (c–e) in the central zone of sheet No. 2: a, b, c – bright-field images of different sections of the structure; g – dark-field image in the austenite reflection g=131γ; d – electron diffraction pattern from section “c”; e – decoding scheme.

Download (480KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Section of the structure of the near-surface layer of sheet No. 3 with lath bainite: a – light-field image; b – dark-field image in the reflection of the α-phase g=011.

Download (206KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Structure of globular bainite (a, b) and bainite of different morphology (c, d) in the central zone of sheet No. 3: a, c – light-field images; b, d – dark-field images in cementite reflections.

Download (418KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Twinning in the martensite crystal of the central zone of sheet No. 3: a – bright-field image; b, c – dark-field images in reflections of the α-phase of the matrix and twin; g – electron diffraction pattern, main axes of zones 1 – [111]α, 2 – [115]α.

Download (314KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Section of the structure of lath (a, b) and globular (c, d) bainite in the near-surface layer of sheet No. 4: a, c – light-field images; b – dark-field image in the general reflection g=022NbC and g=114Fe3C; g – dark-field image in the reflection of cementite g=103Fe3C; d – dark-field image in the reflection of cementite g=310Fe3C.

Download (408KB)
Indexing metadata