RU2659542C2 - Сверхпрочная высокомарганцевая сталь, полученная за счет комбинирования механизмов упрочнения - Google Patents

Сверхпрочная высокомарганцевая сталь, полученная за счет комбинирования механизмов упрочнения Download PDF

Info

Publication number
RU2659542C2
RU2659542C2 RU2016148498A RU2016148498A RU2659542C2 RU 2659542 C2 RU2659542 C2 RU 2659542C2 RU 2016148498 A RU2016148498 A RU 2016148498A RU 2016148498 A RU2016148498 A RU 2016148498A RU 2659542 C2 RU2659542 C2 RU 2659542C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ultrafine
steel
grained
manganese steel
manganese
Prior art date
Application number
RU2016148498A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016148498A (ru
RU2016148498A3 (ru
Inventor
Руслан Зуфарович Валиев
Георгий Иосифович Рааб
Марина Владимировна Караваева
Нариман Айратович Еникеев
Марина Михайловна Абрамова
Ким ХёунгСеоп
Ги Ким Йунг
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Рисерч энд Бизнес Дивелопмент Фаундейшн, Поханг Университи оф Сайнс энд Текнологи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет", Рисерч энд Бизнес Дивелопмент Фаундейшн, Поханг Университи оф Сайнс энд Текнологи filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority to RU2016148498A priority Critical patent/RU2659542C2/ru
Priority to KR1020170020287A priority patent/KR101899236B1/ko
Publication of RU2016148498A publication Critical patent/RU2016148498A/ru
Publication of RU2016148498A3 publication Critical patent/RU2016148498A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2659542C2 publication Critical patent/RU2659542C2/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D10/00Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001Austenite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/004Dispersions; Precipitations

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области материалов с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой, а именно к сталям, которые могут быть использованы в автомобильной промышленности, атомной энергетике, при разработке микроэлектромеханических систем. Ультрамелкозернистая высокомарганцевая сталь обладает пределом текучести более 2 ГПа при относительном удлинении не менее 5%. Сталь содержит в качестве стабилизаторов аустенита углерод в количестве более 0,5 вес.%, марганец более 15 вес.% и алюминий не более 2 вес.%, остальное – железо, при этом имеет структуру, состоящую из равноосных аустенитных зерен размером менее 200 нм с преимущественно большеугловыми разориентировками границ, причем в теле зерен присутствуют нанодвойники толщиной до 15 нм, а на границах зерен присутствуют зернограничные сегрегации атомов (С, Mn). Ультрамелкозернистая высокомарганцевая сталь обладает повышенными прочностными свойствами за счет комбинирования механизмов упрочнения. 5 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к области материалов с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой и повышенными механическими свойствами, конкретно к сталям, которые могут быть использованы во многих отраслях промышленности, в частности автомобильной, в атомной энергетике, при разработке микроэлектромеханических систем.
Известно, что в установлении свойств конкретного материала, таких как прочность, пластичность, усталость, стойкость к коррозии, ключевую роль играет микроструктура, которая в зависимости от способа обработки может иметь различные фазовый состав, размер и форму зерен, разориентацию их границ, плотность дислокаций и других дефектов кристаллической решетки и др. [Штремель М.А. Прочность сплавов. М.: Металлургия, 1982. Ч. 1: Дефекты решетки. 280 с.; Штремель М.А. Прочность сплавов. 4.2. Деформация. М., МИСиС, 1997, 527 с.]. Формирование ультрамелкозернистых структур, содержащих преимущественно большеугловые границы, позволяет достичь уникального сочетания прочности, пластичности, усталостной долговечности в металлах и сплавах [Р.З. Валиев, И.В. Александров. Объемные наноструктурные металлические материалы. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. - 398 с.].
Известны статьи, в которых опубликованы результаты исследований структуры TWIP стали в образцах, подвергшихся интенсивной пластической деформации кручением под высоким давлением. Так, в статье «Mariana S. Matoso, Roberto В. Figueiredo, Megumi Kawasaki, Dagoberto B. Santosa and Terence G. Langdond. Processing a twinning-induced plasticity steel by high-pressure torsion // Scripta Materialia 67 (2012) 649-652» показано, что структура характеризуется выраженным двойникованием на ранних стадиях деформации, присутствует мартенсит. В статье «Х.Н. An, Q.Y. Lin, G. Sha, M.X. Huang, S.P. Ringer, Y.T, Zhu, X.Z. Liao. Microstructural evolution and phase transformation in twinning-induced plasticity steel induced by high-pressure torsion // Acta Materialia 109 (2016) 300e313» показана микроструктурная эволюция и измельчение зерна стали в процессе деформации.
Известна ультрамелкозернистая двухфазная сталь (CN 102618802, МПК C21D 1/26, C21D 8/02, опубл. 01.08.2012 г.), имеющая химический состав в массовых процентах: (13,5~14,5)% Сг, (6,1~6,9)% Ni, (2,3~2,7)% Mn, (0,33~0,37)% Si, (0,60~0,90)% меди, (0,01-0,03)% С, (0,021~0,025)% В, (0,60~0,90)% Mo, Р<0,02%, S<0,04%, остальное - Fe, с ультрамелкозернистой микроструктурой, состоящей из распределенных в случайной ориентации зерен, диаметр зерен 500~2000 нм, микроструктура каждого зерна характеризуется наличием аустенита и мартенсита, предел текучести при комнатной температуре составляет 1100~1600 МПа, прочность на разрыв 1200~1850 МПа, удлинение от 10 до 20%.
В известных аналогах не достигаются высокие показатели прочности стали.
Задачей изобретения является разработка ультрамелкозернистой высокомарганцевой стали, обладающей повышенными прочностными свойствами за счет комбинирования механизмов упрочнения.
Технический результат - повышение прочности (по сравнению с крупнозернистыми аналогами и сталями, полученными стандартными термическими обработками) при пределе текучести более 2 ГПа и относительном удлинении не менее 5%.
Поставленная задача решается тем, что ультрамелкозернистая высокомарганцевая сталь, обладающая пределом текучести более 2 ГПа при относительном удлинении не менее 5%, содержит в качестве стабилизаторов аустенита углерод в количестве более 0,5 вес.% и марганец более 15 вес.%, алюминий не более 2 вес.%, остальное – железо, при этом имеет структуру, состоящую из равноосных аустенитных зерен размером менее 200 нм, с преимущественно большеугловыми разориентировками границ, причем в теле зерен присутствуют нанодвойники толщиной до 15 нанометров, а на границах зерен присутствуют зернограничные сегрегации атомов (С, Mn).
Технический результат достигается благодаря следующему.
Повышение прочности стали обусловлено, во-первых, очень маленьким размером зерна (менее 200 нм) в структуре материала, что обеспечивает увеличение напряжения течения при пластической деформации согласно известному соотношению Холла-Петча [Большие пластические деформации и разрушение металлов. Рыбин В.В. М.: Металлургия, 1986, 224 с.]. Значительное повышение прочности достигается также тем, что именно большеугловые границы зерен в сравнении с малоугловыми и специальными границами обеспечивают наибольший вклад в упрочнение [Р.З. Валиев, И.В. Александров. Объемные наноструктурные металлические материалы. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. - 398 с.]. Полученная наноструктура стали обеспечивает высокий уровень прочностных свойств также за счет наличия нанодвойников толщиной до 15 нанометров и зернограничных сегрегации атомов (С, Mn) на границах зерен. Это обусловлено тем, что дополнительные двойниковые границы, а также наличие неоднородных сегрегации на границах зерен выступают препятствием при движении дислокаций, поэтому необходимо дополнительное напряжение для генерации и движения дислокаций, что повышает предел текучести, соответственно, прочности.
Предложенное комбинирование механизмов упрочнения, а именно измельчение зерна до размеров менее 200 нм, наличие нанодвойников и зернограничных сегрегаций примесных атомов в структуре обеспечивает повышенную механическую прочность ултрамелкозернистой высокомарганцевой стали.
Описанные выше структурные изменения материала в процессе обработки достигаются особенностями получения стали при указанных температурно-скоростных режимах.
Сущность изобретения поясняют изображения микроструктуры заявляемой сверхпрочной высокомарганцевой стали после интенсивной пластической деформации кручением при 300°С, где:
на фиг. 1, 2 - светлопольное изображение микроструктуры стали, показано, что размер зерна составляет менее 200 нм, зерна равноосные, структура однородна;
на фиг. 2, кроме того, показано наличие двойников в структуре;
на фиг. 3 - темнопольное изображение микроструктуры стали, показан размер зерна менее 200 нм, зерна равноосные, структура однородна;
на фиг. 4 в темнопольном изображении показано наличие двойников в структуре;
на фиг. 5 показано изображение, полученное методом атомно-зондовой томографии, представляющее собой 3D реконструкцию распределения атомов в ультрамелкозернистой высокомарганцевой стали, видны зернограничные сегрегации примесных атомов (С, Mn), отмеченные цифрами #1-4, имеющие более насыщенный цвет.
Ультамелкозернистую высокомарганцевую сталь получают следующим образом.
В качестве заготовки используют диск из высокомарганцевой стали 0.6С-18Mn-2А1 диаметром 10 мм и толщиной 2,5 мм. Осуществляют обработку интенсивной пластической деформацией кручением на бойках Бриджмена при температуре 300°С, гидростатическом давлении 6 ГПа, со скоростью 0,2 об/мин, суммарная степень деформации е=6,5. Деформацию осуществляют сначала в канавке глубиной 0,9 мм в количестве 9 оборотов, при последнем (десятом) обороте используют канавку 0,6 мм. Характеристики полученной стали и особенности структуры отражены в таблице.
Figure 00000001
Из таблицы видно, что полученная сталь обладает повышенными характеристиками прочности при сохранении достаточной пластичности. В результате формирования ультрамелкозернистой структуры с размером аустенитных зерен 45 нм внутри зерен наблюдались двойники толщиной 3 нм, а границы зерен были декорированы сегрегациями углерода и марганца (см. фото). В результате формирования подобной структуры за счет комбинации нескольких упрочняющих механизмов предел прочности возрос до 2120 МПа.
Таким образом, разработанная ультрамелкозернистая высокомарганцевая сталь обладает повышенными прочностными свойствами за счет комбинирования механизмов упрочнения.

Claims (1)

  1. Ультрамелкозернистая высокомарганцевая сталь, обладающая пределом текучести более 2 ГПа при относительном удлинении не менее 5%, отличающаяся тем, что она содержит в качестве стабилизаторов аустенита углерод в количестве более 0,5 вес.%, марганец более 15 вес.% и алюминий не более 2 вес.%, остальное – железо, при этом имеет структуру, состоящую из равноосных аустенитных зерен размером менее 200 нм с преимущественно большеугловыми разориентировками границ, причем в теле зерен присутствуют нанодвойники толщиной до 15 нм, а на границах зерен присутствуют зернограничные сегрегации атомов (С, Mn).
RU2016148498A 2016-12-09 2016-12-09 Сверхпрочная высокомарганцевая сталь, полученная за счет комбинирования механизмов упрочнения RU2659542C2 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016148498A RU2659542C2 (ru) 2016-12-09 2016-12-09 Сверхпрочная высокомарганцевая сталь, полученная за счет комбинирования механизмов упрочнения
KR1020170020287A KR101899236B1 (ko) 2016-12-09 2017-02-15 초고강도 고망간강 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016148498A RU2659542C2 (ru) 2016-12-09 2016-12-09 Сверхпрочная высокомарганцевая сталь, полученная за счет комбинирования механизмов упрочнения

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016148498A RU2016148498A (ru) 2018-06-13
RU2016148498A3 RU2016148498A3 (ru) 2018-06-13
RU2659542C2 true RU2659542C2 (ru) 2018-07-02

Family

ID=62619474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016148498A RU2659542C2 (ru) 2016-12-09 2016-12-09 Сверхпрочная высокомарганцевая сталь, полученная за счет комбинирования механизмов упрочнения

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101899236B1 (ru)
RU (1) RU2659542C2 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020184802A1 (ko) * 2019-03-13 2020-09-17 한국기계연구원 망간계 자석 제조방법 및 그로부터 제조된 망간계 자석

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2074900C1 (ru) * 1991-12-30 1997-03-10 Поханг Айрон энд Стил Ко., Лтд. Способ обработки стали (варианты)
US20100258218A1 (en) * 2009-04-14 2010-10-14 Hyundai Motor Company High-strength twip steel sheet and method of manufacturing the same
CN102618802A (zh) * 2012-03-20 2012-08-01 东北大学 一种超细晶粒双相钢材料及其制备方法
WO2016188948A1 (en) * 2015-05-22 2016-12-01 Outokumpu Oyj Method for manufacturing a component made of austenitic steel

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008056844A1 (de) * 2008-11-12 2010-06-02 Voestalpine Stahl Gmbh Manganstahlband und Verfahren zur Herstellung desselben
KR101280502B1 (ko) * 2011-03-11 2013-07-01 포항공과대학교 산학협력단 냉간 압조성이 우수한 고강도 고망간 강선재와 그 제조방법 및 상기 강선재를 이용한 볼트의 제조방법
KR101280500B1 (ko) 2010-11-22 2013-07-01 포항공과대학교 산학협력단 수소지연파괴 저항성이 우수한 고강도 고망간 강선재 및 그 제조방법
KR101374825B1 (ko) 2012-05-14 2014-03-13 포항공과대학교 산학협력단 극저온에서 기계적 성능이 우수한 Fe-Mn-C계 TWIP 강 및 그 제조 방법
US20140261918A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Exxonmobil Research And Engineering Company Enhanced wear resistant steel and methods of making the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2074900C1 (ru) * 1991-12-30 1997-03-10 Поханг Айрон энд Стил Ко., Лтд. Способ обработки стали (варианты)
US20100258218A1 (en) * 2009-04-14 2010-10-14 Hyundai Motor Company High-strength twip steel sheet and method of manufacturing the same
CN102618802A (zh) * 2012-03-20 2012-08-01 东北大学 一种超细晶粒双相钢材料及其制备方法
WO2016188948A1 (en) * 2015-05-22 2016-12-01 Outokumpu Oyj Method for manufacturing a component made of austenitic steel

Also Published As

Publication number Publication date
KR101899236B1 (ko) 2018-09-14
RU2016148498A (ru) 2018-06-13
KR20180066801A (ko) 2018-06-19
RU2016148498A3 (ru) 2018-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. On the influence of ultrasonic surface rolling process on surface integrity and fatigue performance of Ti-6Al-4V alloy
Zhao et al. The combining effects of ausforming and below-Ms or above-Ms austempering on the transformation kinetics, microstructure and mechanical properties of low-carbon bainitic steel
Fu et al. Strengthening CrFeCoNiMn0. 75Cu0. 25 high entropy alloy via laser shock peening
Azizi-Alizamini et al. Formation of ultrafine grained dual phase steels through rapid heating
Rana et al. Evolution of microstructure and mechanical properties during thermomechanical processing of a low-density multiphase steel for automotive application
Jurči et al. Characterization of microstructure and tempering response of conventionally quenched, short-and long-time sub-zero treated PM Vanadis 6 ledeburitic tool steel
Dehgahi et al. Concurrent improvement of strength and ductility in heat-treated C300 maraging steels produced by laser powder bed fusion technique
Talha et al. Effect of nitrogen and cold working on structural and mechanical behavior of Ni-free nitrogen containing austenitic stainless steels for biomedical applications
Das et al. Microstructures and mechanical properties of HPT processed 6063 Al alloy
Zhang et al. Effects of ausforming on isothermal bainite transformation behaviour and microstructural refinement in medium-carbon Si–Al-rich alloy steel
Chen et al. Effects of heat treatment on microstructure and mechanical properties of ZK60 Mg alloy
Singh et al. Mechanical behavior of 304 Austenitic stainless steel processed by cryogenic rolling
Sadeghpour et al. Influence of Ti microalloying on the formation of nanocrystalline structure in the 201L austenitic stainless steel during martensite thermomechanical treatment
Park et al. Large deformation behavior of twin-induced plasticity steels under high-pressure torsion
Zhan et al. Intercritical rolling induced ultrafine lamellar structure and enhanced mechanical properties of medium-Mn steel
Kim et al. Effect of initial grain size on the microstructure and mechanical properties of high-pressure torsion processed twinning-induced plasticity steels
Hou et al. Microstructure evolution of AZ91D induced by high energy shot peening
Sahoo et al. Evolution of microstructure and deformation behavior in Al–Ni added medium-Mn steel processed through intercritical/cold rolling and annealing
Wang et al. Enhanced fatigue performance and surface mechanical properties of AISI 304 stainless steel induced by electropulsing-assisted ultrasonic surface rolling process
Khan et al. Investigation of crack initiation and propagation behavior of AISI 310 stainless steel up to very high cycle fatigue
Wang et al. Residual stress and microstructure evolution of shot peened Ni-Al bronze at elevated temperatures
RU2659542C2 (ru) Сверхпрочная высокомарганцевая сталь, полученная за счет комбинирования механизмов упрочнения
Li et al. The dynamic phase transformation and formation of nanocrystalline structure in SUS304 austenitic stainless steel subjected to high pressure torsion
Ding et al. High elongation of medium-manganese steel containing 1.0 wt.% Al after a short intercritical annealing time
Zhang et al. Influence of microstructure and texture on formability of AZ31B magnesium alloy sheets