Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии

DOI: 10.52150/2522-9117-2024-38-602-620

Кононенко Ганна Андріївна, д.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна.
НТУ «Дніпровська політехніка», пр. Дмитра Яворницького, 19, м. Дніпро, 49005, Україна.
ORCID: 0000-0001-7446-4105. E-mail: perlit@ua.fm

Кімстач Тетяна Володимирівна, м.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна.
Український державний університет науки і технологій, вул. Лазаряна, 2, Україна, м. Дніпро, 49010.
ORCID: 0000-0002-8993-201X. E-mail: 1375tatyana@gmail.com

Подольський Ростислав Вячеславович, Ph. D., н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна.
ORCID: 0000-0002-0288-0641. E-mail: rostislavpodolskij@gmail.com

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

Клинова Ольга Пилипівна, провідний інженер, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107

ПЕРСПЕКТИВИ РОЗРОБКИ ВИСОКОМІЦНИХ БЕЙНІТНИХ СТАЛЕЙ

Анотація. Ціль роботи. Аналіз сучасного стану розробки високоміцних бейнітних сталей, вивчення механізмів формування бейнітної структури та її впливу на механічні властивості матеріалу. Визначення перспектив застосування сталей зі структурою бескарбідного бейніту в різних галузях промисловості. Методика досліджень. Аналіз літературних джерел, присвячених розробці та вдосконаленню бейнітних сталей. У процесі дослідження застосовуються методи огляду/порівняння/узагальнення даних, що дозволяють виявити основні тенденції та підходи у дослідженні механізмів формування бейнітних структур, їх вплив на властивості. Результати досліджень. У роботі здійснено аналіз наукових літературних джерел, присвячених вивченню особливостей бейнітного перетворення. Розглянуто перспективи розробки високоміцних бейнітних сталей, які характеризуються поєднанням високої міцності, пластичності та в’язкості. Проаналізовано сучасні підходи до отримання бейнітних структур, зокрема використання легування та термічної обробки, що дозволяють оптимізувати механічні властивості сталі. Розглянуто вплив легувальних елементів на кінетику формування бейніту, стабільність залишкового аустеніту і загальну структуру сталі. Виконано огляд сучасних тенденцій у розробці перспективних технологій термічної обробки високоміцних бейнітних сталей. Практична значимість. Наведено аналіз перспектив застосування бейнітних сталей у критично важливих галузях, таких як транспортне машинобудування, енергетика, будівництво і військова промисловість. Розглянуто напрями майбутніх досліджень, спрямованих на розширення сфер застосування та поліпшення експлуатаційних властивостей цих сталей, а також забезпечення їх конкурентоспроможності на ринку сучасних матеріалів.

Ключові слова: безкарбідний бейніт, аустеніт, механічні властивості, легувальні елементи, термічна обробка.

DOI: https://doi.org/10.52150/2522-9117-2024-38-602-620

Посилання для цитування: Перспективи розробки високоміцних бейнітних сталей / Г. А. Кононенко,Т. В. Кімстач, Р. В. Подольський, О. А. Сафронова, О. П. Клинова // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2024. Вип. 38. С. 602-620. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2024-38-602-620.

Перелік посилань

  1. Hofer C., Leitner H., Winkenhofer F., Clemens H., Primig S. Structural characterization of “carbide-free” bainite in a Fe–0.2C–1.5Si–2.5Mn steel Materials Characterization. 2015. Vol. 102. P. 85-91. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2015.02.020.
  2. Hell J. C., Dehmas M., Allain S. & Prado J. M. Microstructure – Properties Relationships in Carbide-free Bainitic Steels. ISIJ international. 2011. Vol. 51, No. 10. P. 1724-1732. https://doi.org/10.2355/isijinternational.51.1724.
  3. Caballero F. G., Bhadeshia H. K. D. H. Very strong bainite. Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2004. Vol. 8, No. 3-4. P. 251–257. https://doi.org/10.1016/j.cossms.2004.09.005.
  4. Garcia-Mateo C., Caballero F. G., Bhadeshia H. K. D. H. Mechanical Properties of Low-Temperature Bainite. Materials Science Forum. 2005. Vol. 500. P. 495-502. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.500-501.495.
  5. Soliman M., Mostafa H., El-Sabbah A. S., Palkovski H. (2010). Low temperature bainite in steel with 0.26 wt%. C Mater. Sci. Eng. A. 2010. Vol. 527. P. 7706-7713. https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.08.037.
  6. Kussa R. O., Voloshyn V. S., Zurnadzhy V. I., Yefremenko V. H., Zaichuk N. P., Tkachev R. O., Havrylova V. H., Dzherenova A. V. (2021) Tekhnolohii termichnoi obrobky vysokomitsnykh AHSS- tretoho pokolinnia. Mizhvuzivskyi zbirnyk “NAUKOVI NOTATKY”. 2021. Vol. 71. P. 181-190. https://doi.org/10.36910/6775.24153966.2021.71.26.
  7. Soleimani M., Kalhor A., Mirzadeh H. Transformation-induced plasticity (TRIP) in advanced steels: a review. Materials Science and Engineering: A. 2020. Vol. 795, 140023. https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140023.
  8. Zurnadzhy V., Efremenko V., Petryshynets I., Chabak Y., Efremenko A. Improvement of mechanical properties of structural steels by multi-phase structure formation. Premier Publishing s.r.o., 2020. https://ppublishing.org/media/uploads/journals/monograph/Efremenko.pdf.
  9. Zurnadzhy V. I., Voloshyn V. S., Kussa R. O., Yefremenko V. H., Dzherenova A. V., Tsvetkova O. V. Sovremennыe konstruktsyonnыe staly s TRIP-эffektom. Nauka ta prohres transportu. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana. 2020. Vol. 5. P. 80-92. http://nbuv.gov.ua/UJRN/vdnuzt_2020_5_9
  10. Davenport E., Bain E. Trans. AIME. 1930. Vol. 90. No. 1. P. 117–154.
  11. Goulas C., Mecozzi M. G., Sietsma J. Bainite formation in medium-carbon low-silicon spring steels accounting for chemical segregation. Metallurgical and Materials Transactions A. 2016. Vol. 47. P. 3077–3087. https://doi.org/10.1007/s11661-016-3418-6.
  12. Slama M. B. H., Gey N., Germain L., Hell J. C., Zhu K., Allain S. Fast granularization of lath-like bainite in FeNiC alloys during isothermal holding at Ms+ 20 K (+20 °C). Metallurgical and Materials Transactions A. 2016. Vol. 47. P. 15–18. https://doi.org/10.1007/s11661-015-3209-5
  13. Morales-Rivas L. Viewpoints on Technological Aspects of Advanced High-Strength Bainitic Steels. Metals. 2022. Vol. 12, 195. https://doi.org/10.3390/met12020195.
  14. Sandvik B. P. V. The bainite reaction in Fe–Si–C alloys: the primary stage. Met. Trans. A. 1982. Vol. 3. No. 5. P. 777–787. https://doi.org/10.1007/bf02642392.
  15. Fang H.-S., Yang J.-B., Yang Z.-G., Bai B.-Z. The mechanism of bainite transformation in steels. Scripta Materialia. 2002. Vol. 47. No. 3. P. 157-162. https://doi.org/10.1016/S1359-6462(02)00122-7.
  16. Bhadeshia H. K. D H. Bainite in Steels. Theory and Practice. CRC Press, 2015. 616 p.
  17. Kumar A., Blessto B., Singh A. Development of a low-carbon carbide-free nanostructured bainitic steel with extremely high strength and toughness. Materials Science and Engineering: A, 2023. Vol. 887, 145186. https://doi.org/10.1016/j.msea.2023.145186.
  18. Garcia-Mateo C., Caballero F. G., Bhadeshia H. K. D. H. Development of Hard Bainite. ISIJ International. 2003. Vol. 43. No. 8. P. 238–1243. http://surl.li/aouerw
  19. Caballero F., Miller M., Babu S., Garciamateo C. Atomic scale observations of bainite transformation in a high carbon high silicon steel. Acta Materialia. 2007. Vol. 55. No. 1. P. 381–390. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2006.08.033.
  20. Yang H.-S., Bhadeshia H. K. D. H. Designing low carbon, low temperature bainite. Materials Science and Technology. 2008. Vol. 24. No. 3. P. 335-342. https://doi.org/10.1179/174328408X275982.
  21. Soliman M., Mostafa H., El-Sabbagh A. S., Palkowski H. Low temperature bainite in steel with 0.26 wt% C. Materials Science and Engineering: A. 2010. Vol. 527. No. 29–30. P. 7706-7713. https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.08.037.
  22. Bojarski Z., Bold T. Structure and properties of carbide-free bainiteStructure et propriétés d’une bainite sans carbureStruktur und eigenshaft karbidfreier Bainite. Acta Metallurgica. 1974. Vol. 22. No. 10. P. 1223-1234. https://doi.org/10.1016/0001-6160(74)90136-9.
  23. Bhattacharyya T., Singh S. B., Das S., Haldar A., Bhattacharjee D. Development and characterisation of C–Mn–Al–Si–Nb TRIP aided steel. Materials Science and Engineering: A. 2011. Vol. 528, No. 6. P. 2394–2400. https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.11.054.
  24. Rana R., Cordova-Tapia E., Jimenez J. A., Morales-Rivas L., Garcia-Mateo C. Design of carbide free bainitic steels for hot rolling practices. Philosophical Magazine Letters. 2024. Vol. 4. No. 1.
  25. Bleck W., Guo X., Ma Y. The TRIP effect and its application in cold formable sheet steels. Steel Research International. 2017. Vol. 88. No. 10. P. 1–10. https://doi.org/10.1002/srin.201700218.
  26. Navarro-Lopez A., Sietsma J., Santofimia M. J. Effect of prior athermal martensite on the isothermal transformation kinetics below Ms in a low-C High-Si steel. Metallurgical and Materials Transactions A. 2016. Vol. 47. P.1028–1039. https://doi.org/10.1007/s11661-015-3285-6.
  27. Yi H. L. Chen P., Bhadeshia, H. K. D. H. Optimizing the morphology and stability of retained austenite in a δ-TRIP steel. Metallurgical and Materials Transactions. 2014. Vol. 45. No. (8). P. 3512–3518. https://doi.org/10.1007/s11661-014-2267-4.
  28. Caballero F. G., Miller M. K., Babu S. S., Garcia-Mateo C. Atomic scale observations of bainite transformation in a high carbon high silicon steel. Acta Materialia. 2007. Vol. 55. No. 1. P. 381–390. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2006.08.033.
  29. Bhadeshia H. K. D. H., Edmonds D. V. The bainite transformation in a silicon steel. Metall Trans A. 1979. Vol. 10. No. 7. P. 895–907. https://doi.org/10.1007/BF02658309.
  30. Caballero F. G., Bhadeshia H. K. D. H., Mawella K. J. A., Jones D. G., Brown P. Very strong low temperature bainite. Material Science and Technology. 2002. Vol. 18. P. 279–284. https://doi.org/10.1179/026708301225000725.
  31. Mahieu J., De Cooman B. C., Maki J. Phase transformation and mechanical properties of Si-free CMnAl transformation-induced plasticity-aided steel. Metallurgical and Materials Transactions A. 2002. Vol. 33, No. 8. P. 2537–2580. https://doi.org/10.1007/s11661-002-0378-9.
  32. Mahieu J., Claessens S., De Cooman B. C. Galvanizability of highstrength steels for automotive applications. Metallurgical and Materials Transactions A. 2001. Vol. 32. No. 11. P. 2905–2907. https://doi.org/10.1007/s11661-001-1042-5.
  33. Mintz B. Hot dip galvanising of transformation induced plasticity and other intercritically annealed steels. International Materials Reviews. 2001. Vol. 46. No. 4. P. 169–197. https://doi.org/10.1179/095066001771048754.
  34. Maki J., Mahieu J., De Cooman B. C., Claessens S. Galvanisability of silicon free CMnAl TRIP steels. Mate-rials science and technology. 2003. Vol. 19. No. (1). P. 125–131. https://doi.org/10.1179/026708303225009300.
  35. Jacques P. J., Girault E., Mertens A., Verlinden B., Humbeeck J. V., Delannay F. The developments of coldrolled TRIP-assisted multiphase steels Al-alloyed TRIP-assisted multi-phase steels. ISIJ International. 2001. Vol. 41. No. 9. P. 1068–1074. https://doi.org/10.2355/isijinternational.41.1068.
  36. De Cooman B. C. Structure–properties relationship in TRIP steels containing carbide-free bainite. Current Opin-ion in Solid State and Materials Science. 2004. Vol. 8. No. 3-4. P. 285–303. https://doi.org/10.1016/j.cossms.2004.10.002.
  37. Kim S. J., Lee C. G., Choi I., Lee S. Effects of heat treatment and alloying elements on the microstructure andmechanical properties of 0.15 wt pct C transformation-induced plasticity-aided cold rolled steel sheet. Metal-lurgical and Materials Transactions A. 2001. Vol. 32. No. 3. P. 505–514. https://doi.org/10.1007/s11661-001-0067-0.
  38. Santigopal S., Sourav D., Debalay C., Indradev S., Shiv Brat S., Arunansu H. Development of multiphase microstructure with bainite, martensite and retained austenite in a co-containing steel through quenching and parti-tioning (Q&P) treatment. Metallurgical and materials transactions А. 2013. Vol. 44. No. 13. P. 5653-5664. https://doi.org/10.1007/s11661-013-1929-y.
  39. Timokhina I., Beladi H., Xiong X.-Y. & Hodgson P.D. On the low temperature strain aging of bainite in the TRIP steel. Metallurgical and Materials Transactions А. 2013. Vol. 44. No. 11. P. 5177–5191. https://doi.org/10.1007/s11661-013-1864-y.
  40. Huang B. M., Yang J. R., Yen H. W., Hsu C. H., Huang C. Y., Mohrbacher H. Secondary hardened bainite. Materials Science and Technology, 2014. Vol. 30. No. 9. P. 1014–1023. https://doi.org/10.1179/1743284714y.0000000536.
  41. Liang Z., Li H., Chen C., Fu H., Feng X., Gao X., Yang Z., Zhang F. Introducing nano-VC precipitates makes ultrafine bainitic steel a better combination of strength, ductility, and toughness. Materials Research Letters, 2024. Vol. 12. No. 10. P. 756–763. https://doi.org/10.1080/21663831.2024.2386439.
  42. Кононенко Г. А., Кімстач Т. В., Сафронова О. А., Подольський Р. В. Шляхи підвищення стійкості та живучості листового прокату із броньової сталі. (Огляд). Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2023. Вип. 37. C. 447-464. https://doi.org/10.52150/2522-9117- 2023-37-447-464.
  43. Singh S. B., Bhadeshia H. K. D. H. Estimation of bainite plate-thickness in low-alloy steels. Materials Science and Engineering: A. 1998. Vol. 245. No. 1. P. 72-79. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(97)00701-6.
  44. Hesse O., Liefeith J., Kunert M., Kapustyan A., Brykov M., Efremenko, V. Bainit in Stählen mit hohem Widerstand gegen Abrasivverschleiß (Bainite in Steels with High Resistance to Abrsive Wear). Tribologie und Schmierungstechnik. 2016. Vol. 63. No. 2. P. 5–13. http://surl.li/gubkxo
  45. Goulas C., Mecozzi M. G., Sietsma J. Bainite formation in medium-carbon low-silicon spring steels accounting for chemical segregation. Metallurgical and Materials Transactions. 2016. Vol. 47. No. 6. P. 3077–3087. https://doi.org/10.1007/s11661-016-3418-6.
  46. Mohanty R. R., Girina O. A., Fonstein N. M. Effect of heating rate on the austenite formation in low-carbon high-strength steels annealed in the intercritical region. Metallurgical and Materials Transactions, 2011. Vol. 42. No. 12. P. 3680-3690. https://doi.org/10.1007/s11661-011-0753-5.
  47. Kang Jian, Wang Chao, Li Yunjie, Yuan Guo, Wang Guodong. Effect of direct quenching and partitioning treatment on mechanical properties of a hot rolled strip steel. Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed.. 2016. Vol. 31. No. 1. P. 178-185. https://link.springer.com/article/10.1007/s11595-016-1349-0.

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

Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
Logo