DOI: 10.52150/2522-9117-2023-37-522-533

Філоненко Н. Ю., д.ф.-м.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID:  0000-0003-1219-348X

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

Кононенко Ганна Андріївна, д.т.н., с.н.с., ТОВ «Адитивні лазерні технології України», вул. Сергія Подолинського 31 б, м. Дніпро, Україна. ORCID: 0000-0001-7446-4105. E-mail: perlit@ua.fm

ВПЛИВ МІКРОЛЕГУВАННЯ ТИТАНОМ, АЛЮМІНІЄМ ТА АЗОТОМ ВУГЛЕЦЕВОЇ СТАЛІ НА ОСОБЛИВОСТІ СТРУКТУРИ ТА МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

Анотація. Метою даної роботи було дослідити вплив мікролегування титаном, азотом та алюмінієм  на комплекс механічних властивостей вуглецевих сталей з підвищеним вмістом марганцю та кремнію. Це пов’язано з тим, що в сучасних умовах розвитку техніки необхідні сталі з поліпшеними механічними та експлуатаційними властивостями. Дослідження були побудовані на порівнянні механічних властивостей відомих сталей марок 2, Т, дослідно промислової сталі марки К та сталей мікролегованих комплексами – алюміній, титан та азот; алюміній та азот на основі сталі марки К. Застосовували металографічний аналіз, визначення механічних властивостей, хімічний та мікрорентгеноспектральний аналізи. Показано, що комплексне мікролегування алюмінієм, титаном та азотом; алюмінієм, та азотом сталі марки К сприяє утворенню більш дрібнозернистої структури перліту та включень, у порівнянні зі сталями марок 2, Т та К. В структурі сталі марки К, яка мікролегована алюмінієм, титаном та азотом після лиття спостерігається утворення оксидів, нітридів, карбонітридів та багатошарових включень, які розташовані на границях зерен та в об’ємі зерна. Після повного циклу деформаційно-термічної обробки в структурі сталі залишаються карбіди, нітриди та карбонітриди титану. А в сталі на базі марки К, яка додатково мікролегована алюмінієм та азотом, після затвердіння відбувається утворення дрібнозернистої структури зі збільшеною об’ємною часткою перліту,  утворення включень: оксидів, моносиліцидів марганцю та заліза; сульфідів та складних карбідів у порівнянні з відомими сталями марок К, 2 та Т. За результатами досліджень пропоновано сталь К2, що забезпечує високий комплекс механічних властивостей після прискореного охолодження з середньою швидкістю охолодження 11,0 °С/с від температури 850±10 °С та наступного відпуску при температурі 550±10 °С протягом 2 годин за рахунок збільшення дисперсності ферито-перлітної структури, що зміцнена дисперсними включеннями, у порівнянні зі сталлю К1. В сталі К2, показники міцності, твердості та ударної в’язкості на 10–15 % вищи за ті ж показники для сталі К1.

Ключові слова: мікроструктура, механічні випробування, сталі марок 2, Т, К, мікролегування алюмінієм, титаном, азотом.

DOI: https://doi.org/10.52150/2522-9117-2023-37-522-533

Посилання для цитування: Філоненко Н. Ю, Бабаченко О. І., Кононенко Г. А. Вплив мікролегування титаном, алюмінієм та азотом вуглецевої сталі на особливості структури та механічні властивості. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2023. Вип. 37. С. 522-533. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2023-37-522-533

Перелік посилань

1. Influence of the contents of chemical elements and the procedure of deformation and heat treatment on the formation of phase composition of wheel steel / N. Yu. Filonenko, O. I. Babachenko, G. A. Kononenko, O. A. Safronova // Materials Scince. 2022. Vol. 58, № 2. P. 190–195.
2. Effect of Si on the partitioning of Mn between cementite and ferrite / Y. Tu, L. Huang, Q. Zhang, X. Zhou, J. Jiang // Materials Science and Technology. 2018. Vol. 34. № 7. Р. 780-785.
3. Mintz B., Qaban A., Naher S. The influence of Widmanstätten ferrite, martensite and grain boundary carbides on the strength and impactbehaviour of high Al (0.2%) and Nb containing hot rolled steel. JMADE. 2020. Vol. 109. Р. 108601.
4. Zhu Z., Liang Y. J. Modeling Composition Design of Low-Alloy Steel’s Mechanical Properties Based on Neural Networks and Genetic Algorithms. Materials. 2020. Vol. 13. № 23. Р. 5316.
5. Jung I. H. Eriksson G., Wu P., Pelton A. Thermodynamic Modeling of the Al2O3–Ti2O3–TiO2 System and Its Applications to the Fe–Al–Ti–O Inclusion Diagram. ISIJ International.  2009.  Vol. 49, No. 9. Р. 1290–1297. http://dx.doi.org/10.2355/isijinternational.49.1290
6. Zi Z., Fu Z., Yan L. Effect of Thermomechanical Control Processing on Microstructure and Mechanical Properties of  Fe-0,2C-1,44Si-1,32Mn Hot Rolled TRIP Steel. Journal of iron and steel research,  International. 2010. Vol. 17. № 7. Р.  44-50.
7. A On the relationship microstructure/properties on yield strength of a Fe-C-Mn steel / Aburto-Perdomo E., Duran-Nuсez1 A., Ramirez-Ledesma A. L,. Juarez-Islas J. / Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 1723. Р. 012001.
8. The effects of alloying elements on the peritectic range of Fe–C–Mn–Si steels / Q. Ren, T. Liu, S. Baik, Z. Mao, B. W. Krakauer, D. N. Seidman // Materials Science. 2021. Vol. 56, Р. 6448–6464.
9. Ghali S. N., El-Faramawy H. S., Eissa M. M. Influence of Boron Additions on Mechanical Properties of Carbon Steel. Minerals and Materials Characterization and Engineering. 2012. Vol. 11. P. 995-999.
10. El-Faramawy H. S., Ghali S. N.,. Eissa M. M. Effect of Titanium Addition on Behavior of  Medium Carbon Steel. Minerals and Materials Characterization and Engineering, 2012. Vol. 11. P. 1108-1112.
11. Investigation of the structural composition of Fe-Mn-Si-Ti-Al-N-C alloys and the solubility of elements in α-iron / N. Yu. Filonenko, O. I. Babachenko, G. A. Kononenko, A. S. Baskevich // East European Journal of Physics. 2021. № 4. P. 120–123.
12. Філоненко Н. Ю., Бабаченко О. І., Кононенко Г. А. Дослідження впливу деформаційної та термічної обробки на фазовий склад сталі. Український журнал будівництва та архітектури. 2021. №6 (006). С. 75-82.
13. Філоненко Н. Ю., Бабаченко О. І., Кононенко Г. А. Дослідження морфології багатошарових включень в сплавах системи Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N. Метал та лиття України. 2022. Vol. 30, No. 3 (330). С. 81–87.
14. Філоненко Н. Ю., Бабаченко О. І., Кононенко Г. А. Математичне моделювання стійкості первинних фаз при кристалізації сплаву Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N. Математичне моделювання. 2021. № 2 (45). С. 103-113.