Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии

DOI: 10.52150/2522-9117-2022-36-343-361

Бабаченко Олександр Іванович, д.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107. ORCID: 0000-0001-7501-4173. E-mail: office.isi@nas.gov.ua

Балаханова Тетяна Валеріївна, к.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107. ORCID: 0000-0003-2493-218X

Кононенко Ганна Андріївна, д.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107. ORCID: 0000-0001-7446-4105. E-mail: perlit@ua.fm

Сафронова Олена Анатоліївна, м.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107. ORCID: 0000-0002-4032-4275. E-mail: safronovaaa77@gmail.com

Дементьєва Жанна Андріївна, н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107

ФОРМУВАННЯ МАКРОСТРУКТУРИ ЗАЛЕЖНО ВІД ВМІСТУ ТА СПІВВІДНОШЕННЯ ОСНОВНИХ КОМПОНЕНТІВ У ЗЛИВКАХ СТАЛІ ЗАЛІЗНИЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

Анотація. Метою роботи є встановлення впливу базових елементів хімічного складу сталі для залізничних осей на особливості формування первинної структури. Проблема макросегрегації легуючих елементів, що виникає при затвердіванні литої заготовки в процесі безперервної розливки, залишається актуальною; це предмет численних експериментів і теоретичних міркувань. Великий відсоток цих досліджень присвячений сегрегації вуглецю, яка зі зрозумілих причин високоактуальна для виробництва вуглецевих сталей. Зв’язок обробки, мікроструктури та властивостей вказує на те, що морфологія та властивості різних фаз на мікроскопічному рівні значною мірою тісно пов’язана з макроскопічною поведінкою матеріалів. Базові знання про механізм виникнення сегрегації показують, що це дуже складний ефект, і необхідно враховувати широкий спектр факторів, що впливають на процес безперервного лиття. Через обмежену розчинність окремих елементів у кристалічній решітці сталі при затвердінні розплаву відбувається збагачення залишкової рідини, в результаті чого відбувається утворення мікро- і макросегрегацій (ліквації, неоднорідності). Метою роботи є виявлення впливу хімічних елементів на утворення зворотної ліквації. В рамках цієї роботи були виготовлені і проаналізовані дослідні партії зразків, зі сталей, які використовуються для виготовлення залізничних осей – сталей марок ОС за ДСТУ 31334, F за AAR M 101 і EA1N за EN 13261. Окремий акцент робили на співвідношенні вмісту в сталі Si і Mn. Формування так званої зони «зворотної ліквації», яку спостерігали в досліджуваних зливках, швидше за все пов’язане саме із забрудненістю і загазованістю сталі. Природа формування цієї зони збігається з особливостями формування місць стикання гілок дендритів вищих порядків. Виявлено, що наявність структурної неоднорідності знижує механічні властивості. Вперше показано, що збільшення значення відношення вмісту Mn до Si в осьових сталях марок EA1N, OC і F сприяє збільшення газонасиченості сталі і виникнення аномальних структур.

Ключові слова: структурна неоднорідність, розкиснення сталі, дендритна структура, сегрегація.

DOI: https://doi.org/10.52150/2522-9117-2022-36-343-361

Посилання для цитування: Формування макроструктури залежно від вмісту та співвідношення основних компонентів у зливках сталі залізничного призначення / О. І. Бабаченко, Т. В. Балаханова, Г. А. Кононенко, О. А. Сафронова, Ж. А. Дементьєва // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2022. Вип. 36. С. 343-361. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2022-36-343-361

Перелік посилань

  1. Verhoeven J. D. A review of microsegregation induced banding phenomena in steels. Journal of materials engineering and performance. 2000. Vol. 9. No 3. P. 286-296.
  2. Блантер М. Е. Теория термической обработки. Москва : Металлургия, 1984. 328 с.
  3. Wu M., Kharicha A., Ludwig, A. Discussion on modeling capability for macrosegregation. High Temperature Materials and Processes. 2017. Vol. 36. No. 5. P. 531-539.
  4. Hunkel M. Segregations in Steels during Heat Treatment–A Consideration along the Process Chain. HTM Journal of Heat Treatment and Materials. Vol. 76. No 2. P. 79-104. DOI: 10.1515/htm-2020-0006
  5. Babachenko O. I., Domina K. H., Kononenko H .A., Dementieva Zh. A., Podolsky R. V., Safronova O. A. Influence of Cooling Rate at Hardening of Continuous Casting Blank on Parameters of Dendritic Structure of Carbon Steel with 0.54% C. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii. Vol. 43. No 11. P. 1537-1551.
  6. Бабаченко О. І., Балаханова Т. В., Сафронова О. А., Кононенко Г. А. Дослідження впливу співвідношення вмісту Si/Mn на дендритну структуру сталей для залізничних осей. Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. 2022. № 1. С. 6-12.
  7. Бабаченко О. І., Кононенко Г. А., Подольський Р. В., Сафронова О. А., Тараненко А. О. Структура та опір руйнуванню сталей у різних зонах залізничних осей. Фізико-хімічна механіка матеріалів. 2022. Т. 58. № 3. С. 124-129.
  8. Babachenko O., Kononenko G., Domina K., Podolskyi R., Safronova O. Investigation of hot plastic deformation of laboratory axial floats. International scientific and technical conference Information technologies in metallurgy and machine building. 2021. Р. 12-16. DOI: 10.34185/1991-7848.itmm.2021.01.002
  9. 刘洋 王新华. 二冷区电磁搅拌对连铸板坯中心偏析的影响 北京科技大学学报. 2007. Vol. 29. No 6. P. 582–585.
  10. Isik K., Gerstein G., Clausmeyer T., Nürnberger F., Tekkaya A. E., Maier H. J. Evaluation of Void Nucleation and Development during Plastic Deformation of Dual‐Phase Steel DP600. Steel research international. 2016. Vol. 87. No. 12. P. 1583-1591.
  11. Ali N., Zhang L., Sui Z., Zhou H., Zhang C., Nian Y. Spatial Characterization of Internal Defects in Medium Carbon Steel via X-Ray Computed Tomography. Steel research international. 2022. No. 93. P. 2100777. DOI: 10.1002/srin.202100777.
  12. Lipton J., Kurz W., Trivedi R. Rapid dendrite growth in undercooled alloys. Acta Metallurgica. 1987. Vol. 35, No. 4. P. 957-964.
  13. Brezocnik M., Župerl U. Optimization of the continuous casting process of hypoeutectoid steel grades using multiple linear regression and genetic programming – An industrial study. Metals. 2021. Vol. 11. No. 6. P. 972.
  14. Pikkarainen T., Vuorenmaa V., Rentola I., Leinonen M., Porter D. Effect of superheat on macrostructure and macrosegregation in continuous cast low-alloy steel slabs. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 117. No 1. P. 012064.
  15. Réger M., Fábián E. R., Tóth L. Centerline inhomogeneity of flat products. IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2019. P. 1-11. DOI: 10.1088/1757-899X/572/1/012036
  16. Hidalgo J., Celada-Casero C., Santofimia M. J. Fracture mechanisms and microstructure in a medium Mn quenching and partitioning steel exhibiting macrosegregation. Materials Science and Engineering. 2019. P. 766-777. DOI: 10.1016/j.msea.2019.03.055
  17. Al Gahtani M. S. Formation of micro-structural banding in hot-rolled medium-carbon steel. School of Mechanical, Materials and Mechatronics Engineering. University of Wollongong. 2015. 190 р.
  18. Sun W. W., Zurob H. S., Hutchinson C. R. Coupled solute drag and transformation stasis during ferrite formation in Fe-C-Mn-Mo. Acta Materialia. 2017. Vol. 139. P. 62-74.
  19. Huang Y., Long M., Liu P., Chen D., Chen H., Gui L., Yu S. Effects of partition coefficients, diffusion coefficients, and solidification paths on microsegregation in Fe-based multinary alloy. Metallurgical and Materials Transactions B. 2017.Vol. 48. No 5. P. 2504-2515.
  20. Миеттинен Й., Коскенниска С., Висури В. В. Термодинамические, кинетические и микроструктурные данные для моделирования затвердевания сплавов Fe-Al-Mn-Si-C. Metallurgical and Materials Transactions B. 2020. № 51. Р. 2946-2962. DOI: 10.1007/s11663-020-01973-y
  21. Бернштейн М. Л. Атлас дефектов стали. Москва: Металлургия, 1979. 185 с.
  22. Scampone G., Pirovano R., Mascetti, S., Timelli G. Experimental and numerical investigations of oxide-related defects in Al alloy gravity die castings. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. No 117. P. 1-16. DOI:10.1007/s00170-021-07680-5
  23. 鈴木章, 鈴木武, 長岡豊, 岩田至弘. 炭素含有量の異なる炭素鋼の 2 次デンドライトアームの間隔について. 日本金属学会誌. 1968. Vol. 32. No 12. P.1301-1305.
  24. Chen R., Li Z., Zhao X., Zhou S., Wang X., Da G., Zhang X., Zhang Q., Li X. The Scatter in Fracture Toughness of Two Different Pearlitic Railway Wheels. Journal of Materials Engineering and Performance. 2022. P. 1-11. DOI: 10.1007/s11665-022-06903
  25. Rethinam A. Shivakumar D. Vinoo, Harish, L., Abhishek M.B, Ramana, G.V., Madhusudana R., Sah R, Manjini. S. Grain refinement of C-Mn steel through thermo-mechanical processing. Journal of Engineering, Design and Technology. 2015. No 13. P. 282-297.DOI: 10.1108/JEDT-03-2013-0022

No widgets added. You can disable footer widget area in theme options - footer options

Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
Logo