Formation of the Structure and Properties of Low-carbon Martensite During Quenching

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The development of low-carbon martensitic steels was preceded by the development of low-pearlitic, pearlite-free or bainitic steels. Both groups of steels did not require liquid cooling media for heat treatment, and the strength was at the level of 400-600 MPa. The bainite structure had a higher strength, but bainitic steels have significant drawbacks due to its manufacturability and relatively low viscosity, because it is difficult to avoid the appearance of upper bainite during heat treatment. Modern bainitic steels have strength of 1500 MPa, but it is still difficult to achieve the required reliability characteristics. With a Cr/C ratio greater than 35 wt. % (8 at. %), bainite transformation in low-carbon steels (0.04-0.1% C) is not observed, and such steels are referred to as low-carbon martensitic steels. In the work, steels marked with 07H3GNM, 15H2G2NMFB, 27H2G2NMFB are studied. Objective of the work is to determine the composition, morphology and mechanical properties of low-carbon martensitic steels with nonmetallic inclusions. To assess the effect of the martensite structure on the mechanical properties of low-carbon martensitic steels with strong carbide-forming elements after complete quenching and from intercritical temperature range is also the work objective. Methods of research. To study the structure, a microscope “Olympus GX-51”, a scanning electron microscope “Tescan MIRA3” with energy-dispersive analysis adapter were used. The fine structure and morphology of the phases were studied by transmission and scanning electron microscopy. Foils obtained by electropolishing were used for transmission electron microscopy. Electropolishing was carried out at temperatures close to 0 °C, in an electrolyte of 80% glacial acetic acid and 20% perchloric acid. A fine structure was examined on JEM 200CX and SM 30 microscopes at an accelerating voltage of up to 200 kV. The value of the parameter IC was determined in accordance with GOST 25. 506 - 85, according to the results of tests for static bending of the samples with a crack, type 4, with dimensions 5x10x60 mm. Mechanical properties during tensile tests were determined in accordance with GOST 1497-84, impact strength – according to GOST 9454-78. Critical points were established using differential scanning calorimetry and confirmed by dilatometric studies. Heat treatment of steels included quenching 950 °C, tempering 250 °C in the first case, and quenching from intercritical temperature range in the second. Results and discussion. The main inclusions in low-carbon martensitic steels were aluminum oxides, FeO, MnO, SiO2 oxides, and elongated sulfides (FeS, MnS), which form is close to globular. In steels with strong carbide-forming elements, carbides contained an increased amount of niobium and vanadium. Investigation of the destruction of samples with the structure of low-carbon martensite containing nonmetallic inclusions showed that the main reason for the decrease in viscosity with increasing carbon content is the increase in the fraction of the plate component. In the construction of a model for the destruction of steels with a rack and plate structure of martensite, it proceeded from the additive contribution to the strength of various morphological forms of martensite and the leading role in initiating the destruction of the impermeable interfaces for dislocations of the plate component.

About the authors

S. K. Berezin

Email: Semka-ya@mail.ru
Post-graduate Student, Perm National Research Polytechnic University, Semka-ya@mail.ru

A. A. Shatsov

Email: a.shatsov@yandex.ru
D.Sc. (Engineering), Professor, Perm National Research Polytechnic University, a.shatsov@yandex.ru

O. S. Terenina

Email: olga.terenina@bk.ru
Perm National Research Polytechnic University, olga.terenina@bk.ru

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».