1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика металлов и металловедение
  4. T. 124, № 12, 2023

Физика металлов и металловедение, 2023, T. 124, № 12, стр. 1288-1302

Cтруктура, фазовый состав и механические свойства высокопрочной стали с промежуточным карбидом η-Fe2C

Ю. И. Борисова a, b, *, Р. В. Мишнев a, b, Е. С. Ткачёв a, b, Т. В. Князюк b, c, С. М. Гайдар a, Р. О. Кайбышев a

a Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева
127434 Москва, ул. Тимирязевская, 49, Россия

b Белгородский государственный национальный исследовательский университет
308015 Белгород, ул. Победы, 85, Россия

c НИЦ “Курчатовский институт” – ЦНИИКМ “Прометей”
191015 Санкт-Петербург, ул. Шпалерная, 49, Россия

* E-mail: borisova_yu@bsu.edu.ru

Поступила в редакцию 07.05.2023
После доработки 19.08.2023
Принята к публикации 25.08.2023

Аннотация

Рассмотрено влияние закалки и отпуска на структуру, фазовый состав и механические свойства высокопрочной стали Fe–0.34 C с 1.77 вес. % Si. Отпуск при температурах до 500°C практически не влияет на структурные характеристики пакетного мартенсита, образующегося при закалке. При температурах отпуска в интервале 200–400°C происходит выделение промежуточного η-карбида, что приводит к повышению предела текучести до 1490 МПа и ударной вязкости до 35 Дж/см2. После отпуска при 200°C температура хрупко-вязкого перехода составляет ~ –50°C. Уменьшение ударной вязкости и снижение доли вязкого разрушения при понижении температуры испытаний сопровождается переходом от внутризеренного к межзеренному разрушению. Выделение цепочек цементита по границам реек и блоков наблюдается после отпуска при 500°C. Это приводит к уменьшению предела текучести, при этом величина ударной вязкости не увеличивается.

Ключевые слова: Высокопрочная сталь, отпуск, микроструктура, карбиды, механические свойства, ударная вязкость, хрупко-вязкий переход

Список литературы

  1. Рябов В.В., Хлусова Е.И., Голосиенко С.А., Мотовилина Г.Д. Новые стали для сельскохозяйственного машиностроения // Металлург. 2015. Т. 6. С. 59–65.

  2. Fonstein N. Advanced High Strength Sheet Steels. Springer International Publishing, Cham. 2015. 415 p.

  3. Zhao J., Jiang Z. Thermomechanical processing of advanced high strength steels // Progr. Mater. Sci. 2018. V. 94. P. 174–242.

  4. Malakondaiah G., Srinitlas M., Rama Rao P. Ultrahigh-strength low alloy steels with enhanced fracture toughness // Progr. Mater. Sci. 1997. V. 42 P. 209–242.

  5. Li Jihang, Zhan Dongping, Jiang Zhouhua, Zhang Huishu, Yang Yongkun, Zhang Yangpeng. Progress on improving strength-toughness of ultra-high strength martensitic steels for aerospace applications: a review // J. Mater. Res. Techn. 2023. V. 23 P. 172–190.

  6. Krauss G. Steels / Processing Structure, and Performance, 1st ed., ASM International, Metals Park, Ohio, USA, 2005. P. 230–232.

  7. Tomita Y. Development of fracture toughness of ultrahigh strength, medium carbon, low alloy steels for aerospace applications//Int. Mater. Rev. 2000. V. 45 P. 27–37.

  8. Mishnev R., Borisova Y., Kniaziuk T., Gaidar S., Kaibyshev R. Quench and Tempered Embrittlement of Ultra-high-strength Steels with Transition Carbides // Metals. 2023. V. 13. P. 1399.

  9. Borisov S., Borisova Yu., Tkachev E., Kniaziuk T., Kaiby-shev R. Tempering Behavior of a Si-Rich Low-Alloy Medium-Carbon Steel // Metals. 2023. V. 13. P. 1403.

  10. Tkachev E., Borisov S., Belyakov A., Kniaziuk T., Vagina O., Gaidar S., Kaibyshev R. Effect of quenching and tempering on structure and mechanical properties of a low-alloy 0.25 C steel // Mater. Sci. Eng. A. 2023. V. 868. P. 144 757.

  11. Dudko V., Yuzbekova D., Gaidar S., Vetrova S., Kaibyshev R. Tempering Behaviour of Novel Low-Alloy High-Strength Steel // Metals. 2022. V. 12. P. 2177.

  12. Euser V.K., Williamson D.L., Findley K.O., Clarke A.J., Speer J.G. The Role of Retained Austenite in Tempered Martensite Embrittlement of 4340 and 300-M Steels Investigated through Rapid Tempering // Metals. 2021. V. 11. P. 1349.

  13. Счастливцев В.М., Калетина Ю.В., Фокина Е.А., Калетин А.Ю. О роли остаточного аустенита в структуре легированных сталей и влиянии на него внешних воздействий //ФММ. 2014. Т. 115. С. 904–917.

  14. Liu L., Shan B.R., Zhang Z.H., Li T.T., Zhao S.Z., Jing C.N., Lin T., Zhao J.R. Effect of Cyclic Quenching on the Austenite Stability and Work Hardening Behavior of Medium-Mn Quenching and Partitioning Steel Enabled by Intercritical Annealing // Phys. Met. Metall. 2022. V. 123. P. 1451–1460.

  15. Speer J.G. Phase transformations in quenched and partitioned steels / Phase Transformation in steels. Volume 2 Diffusionless transformation, high strength steels, modeling and advanced analytical techniques, ed. by E. Pereloma and D.V.Edmonds, Woodhead Publishing Ltd, Cambridge, UK, 2012. P. 247–270.

  16. Kozeschnik E., Bhadeshia H.K.D.H. Influence of silicon on cementite precipitation in steels // Mater. Sci. Technol. 2008. V. 24. P. 343–347.

  17. Bhadeshia H.K.D.H. Physical Metallurgy of Steels / Physical Metallurgy ed. by Laughlin D.E., Hono K. Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2014. P. 2157–2214.

  18. Porter D.A., Esterling K.E., Sherif M. Phase Transformation in Metals and Alloys, third ed., CRS Press, Boca Raton, 2009.

  19. Maisuradze M.V., Yudin Yu.V., Kuklina A.A., Lebedev D.I. Formation of microstructure and properties during isothermal treatment of aircraft building steel // Metallurgist. 2022. V. 65. P. 1008–1019.

  20. Vervynckt S., Verbeken K., Lopez B., Jonas J.J. Modern HSLA steels and role of non-recrystallisation temperature // Int. Mater. Rev. 2012. V. 57. P. 187–207.

  21. Field D.P. Recent advances in the application of orientation imaging // Ultramicroscopy. 1997. V. 67. P. 1–9.

  22. Niessen F., Nyyssönen T., Gazder A.A., Hielscher R. Parent grain reconstruction from partially or fully transformed microstructures in MTEX // J. App. Cryst. 2022. V. 55. P. 180–194.

  23. Calcagnotto M., Ponge D., Demir E., Raabe D. Orientation gradients and geometrically necessary dislocations in ultrafine grained dual-phase steels studied by 2D and 3D EBSD // Mater. Sci. Eng., A. 2010. V. 527. P. 2738–2746.

  24. Mishnev R., Borisova Yu., Gaidar S., Kniaziuk T., Vagina O., Kaibyshev R. Q&P Response of a Medium Carbon Low Alloy Steel // Metals. 2023. V.13. P. 689.

  25. Wang T., Du J., Liu F. Modeling competitive precipitations among iron carbides during low-temperature tempering of martensitic carbon steel // Materialia. 2020. V. 12. P. 10 080.

  26. Pierce D.T., Coughlin D.R., Williamson D.L., Clarke K.D., Clarke A.J., Speer J.G., De Moor E. Characterization of transition carbides in quench and partitioned steel microstructures by Mössbauer spectroscopy and complementary techniques // Acta Mater. 2015. V. 90. P. 417–430.

  27. Lu W., Herbig M., Liebscher C.H., Morsdorf L., Marceau R.K.W., Dehm G., Raabe D. Formation of eta carbide in ferrous martensite by room temperature aging // Acta Mater. 2018. V. 158. P. 297–312.

  28. Xiong Z., Timokhina I., Pereloma E. Clustering, nano-scale precipitation and strengthening of steels // Prog. Mater. Sci. 2021. V. 118. P. 100764.

  29. Horn R.M., Ritchie R.O. Mechanisms of tempered martensite embrittlement in low alloy steels // Met. Mater. Trans. A. 1978. V. 9. P. 1039–1053.

  30. Kitahara H., Ueji R., Tsuji N., Minamino Y. Crystallographic features of lath martensite in low-carbon steel // Acta Mater. 2006. V. 54. P. 1279–1288.

  31. Miyamoto G., Iwata N., Takayama N., Furuhara T. Mapping the parent austenite orientation reconstructed from the orientation of martensite by EBSD and its application to ausformed martensite // Acta Mater. 2010. V. 58. P. 6393–6403.

  32. Гундырев В.М., Зельдович В.И., Счастливцев В.М. Кристаллографический анализ и механизм мартенситного превращения в сплавах железа // ФММ. 2020. Т. 121. С. 1045–1063.

  33. Galindo-Nava E.I., Rivera-Díaz-del-Castillo P.E.J. A model for the microstructure behaviour and strength evolution in lath martensite // Acta Mater. 2015. V. 98. P. 81–93.

  34. Nakada N., Ishibashi Y., Tsuchiyama T., Takaki S. Self-Stabilization of Untransformed Austenite by Hydrostatic Pressure via Martensitic Transformation // Acta Mater. 2016. V. 110. P. 95–102.

  35. Воробьев Р.А., Дубинский В.Н., Евстифеева В.В. Влияние процессов самоотпуска и отпуска на механические характеристики и характер разрушения закаленной на воздухе низкоуглеродистой мартенситной стали // ФММ. 2019. Т. 120. С. 989–994.

  36. Dudko V., Belykov A., Kaibyshev R. Evolution of lath substructure and internal stresses in a 9% Cr steel during creep // ISIJ Int. 2017. V. 57. P. 540–549.

  37. Однобокова М.В., Кипелова А.Ю., Беляков А.Н., Кайбышев Р.О. Механическое поведение и хрупко-вязкий переход в высокохромистой мартенситной стали // ФММ. 2016. Т. 117. С. 390–398.

  38. Inoue J., Sadeghi A., Koseki T. Slip band formation at free surface of lath martensite in low carbon steel// Acta Mater. 2019. V. 165. P. 129–141.

  39. Briant C.L. Role of carbides in tempered martensite embrittlement // Mater. Sci. Techn. 1989. V. 5. P. 138–147.

  40. Chatterjee A., Moitra A., Bhaduri A.K., Chakrabarti D., Mitra R. Effect of heat treatment on ductile-brittle transition behaviour of 9Cr-1Mo steel // Proc. Eng. 2014. V. 86. P. 287–294.

  41. Handbook A.S.M. Mechanical testing and evaluation // ASM International. 2000. V. 8. P. 416.

  42. Krauss G., Matlock D.K. Effects of strain hardening and fine structure on strength and toughness of tempered martensite in carbon steels // Le Journal de Physique IV. 1995. V. 5. P. C8–51.

  43. Hanamura T., Yin F., Nagai K. Ductile-Brittle Transition Temperature of Ultrafine Ferrite/Cementite Microstructure in a Low Carbon Steel Controlled by Effective Grain Size // ISIJ Int. 2004. V. 44. P. 610–617.

  44. Morris J.W. On the Ductile-Brittle Transition in Lath Martensitic Steel // ISIJ Int. 2011. V. 51. P. 1569–1575.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика металлов и металловедение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал