Сучасна електрометалургія, 2023, №04



2023 №04 (02)

DOI of Article 10.37434/sem2023.04.03

2023 №04 (04)

---

Сучасна електрометалургія, 2023, #4, 17-27 pages

Дослідження якості металу легованої алюмінієм і хромом високомарганцевої сталі після електрошлакового переплаву

В.А. Зайцев, Ю.В. Костецький, Г.О. Полішко, В.А. Костін, В.П. Петренко, Є.О. Педченко

ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua

Реферат
Представлено результати дослідження впливу електрошлакового переплаву на властивості металу злитків високомарганцевої сталі, легованої алюмінієм і хромом. Розглянуто особливості формування структури високолегованих марганцевих сталей, які одночасно з міцністю демонструють пластичність та зменшену щільність і є складними для розливання сплавами, схильними до гарячого розтріскування, утворення грубої структури та розвитку макро- і мікроліквації. Виконані дослідження, які підтверджують висновки, що для сталей даного типу необхідно ретельно контролювати умови твердіння. Отримані результати ілюструють значний вплив швидкості охолодження на утворення тріщин, сегрегацію марганцю і алюмінію та параметри дендритної структури сплаву. Електрошлаковий переплав забезпечив покращення структури і призвів до зменшення розміру неметалевих включень у досліджуваному металі без суттєвих змін вмісту Mn, Al, Cr, що є однією з умов одержання гомогенних злитків великого розміру. Металографічними дослідженнями показано, що мікроструктура усіх зразків досліджуваної сталі є характерною для аустенітної сталі з дендритним ростом кристалів. Дендритна структура в металі злитка ЕШП є рівномірною, відстані між осями першого і другого порядку в середній і верхній частинах злитку становлять 136,6…146,5 і 60,54…8,92 мкм відповідно. Завершення формування необхідної кінцевої мікроструктури досліджуваної сталі відбувається після подальшої термічної і термодеформаційної обробки. ЕШП литих заготовок дозволяє досягти необхідного рівня однорідності металу і визначеного рівня властивостей у кінцевому виробі з меншою кількістю етапів та тривалості термомеханічної обробки й зменшити витрати ресурсів. Бібліогр. 32, табл. 1, рис. 9.
Ключові слова:: високоміцна легка сталь, злиток, електрошлаковий переплав, мікроструктура, ліквація, фазовий склад

Received 05.09.2023

Список літератури

1. Hansoo Kim, Dong-Woo Suh, Nack J. Kim. (2013) Fe–Al–Mn–C lightweight structural alloys: A review on the microstructures and mechanical properties. Sci. and Technol. of Advanced Materials, 14(1), 11. DOI: https://doi.org/10.1088/1468-6996/14/1/014205
2. Frommeyer, G., Drewes, E.J., Engl, B. (2000) Physical and mechanical properties of iron–aluminium–(Mn, Si) lightweight steels. Rev. Met. Paris, 97(10), 1245–1253. DOI: https://doi.org/10.1051/metal:2000110
3. Shangping, Chen, Radhakanta, Rana, Arunansu, Haldar, Ranjit, Kumar Ray (2017) Current state of Fe–Mn–Al–C low density steels. Progress in Mater. Sci., 89, 345–391. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2017.05.002
4. Shao-bin, Bai, Yong-an, Chen, Xin, Liu et al. (2023) Research status and development prospect of Fe–Mn–C–Al system low-density steels. J. of materials Research and Technology, 25, 1537–1559.
5. Zambrano, O.A. (2018) A general perspective of Fe–Mn–Al–C steels. J. Mater. Sci., 53(20), 14003–14062.
6. Frommeyer, G., Brüx, U. (2006) Microstructures and mechanical properties of high-strength Fe–Mn–Al–C light-weight TRIPLEX steels. Steel Res. Int., 77, 627–633. DOI: https:// doi.org/10.1002/srin.200606440
7. Raabe, D., Springer, H., Gutierrez-Urrutia, I. et al. (2014) Combinatorial Synthesis and microstructure-property relations for low-density Fe–Mn–Al–C austenitic steels. JOM, 66, 1845–1856. DOI: https://doi.org/10.1007/s11837-014-1032-x
8. Howell, R.A., Aken, D.C. (2009) A literature review of age hardening Fe–Mn–Al–C alloys. Iron Steel Technol., 6, 193–212. DOI: https://scholarsmine.mst.edu/matsci_eng_facwork/1283/
9. Chen, P., Li, X., Yi, H. (2020) The κ-carbides in low-density Fe–Mn–Al–C Steels: A review on their structure, precipitation and deformation mechanism. Metals, 10(8), 1021. DOI:https://doi.org/10.3390/met10081021
10. Khaple S., Golla B.R., Prasad V.V.S. (2023) A review on the current status of Fe–Al based ferritic lightweight steel. Defence Technology, 26, 1–22. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dt.2022.11.019
11. Frommeyer, G., Drewes, E.J., Engl, B. (2000) Physical and mechanical properties of iron–aluminium–(Mn, Si) lightweight steels. Rev. Met. Paris, 97(10), 1245–1253. DOI: https://doi.org/10.1051/metal:2000110
12. Frommeyer, G., Jiménez, J.A. (2005) Structural superplasticity at higher strain rates of hypereutectoid Fe–5.5Al–1Sn– 1Cr–1.3C steel. Metall. and Mater. Transact. A, 36, 295–300. DOI: https://doi.org/10.1007/s11661-005-0302-1
13. Chen, P., Xiong, X.C., Wang, G.D., Yi, H.L. (2016) The origin of the brittleness of high aluminum pearlite and the method for improving ductility. Scr. Mater., 124, 42–46. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2016.06.031
14. Liu, D., Cai, M., Ding, H., Han, D. (2018) Control of inter/ intra-granular κ-carbides and its influence on overall mechanical properties of a Fe–11Mn–10Al–1.25C low density steel. Mater. Sci. Eng. A, 715, 25–32. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.12.102
15. Frommeyer, G., Brüx, U., Neumann P. (2003) Supra-ductile and high-strength manganese-TRIP/TWIP steels for high energy absorption purposes. ISIJ Int., 43, 438–346.
16. Gutierrez-Urrutia, I., Raabe, D. (2013) Influence of Al content and precipitation state on the mechanical behaviour of austenitic high-Mn low-density steels. Scripta Mater., 68, 343-347.
17. Gutierrez-Urrutia, I. (2021) Low density Fe–Mn–Al–C steels: phase structures, mechanisms and properties. ISIJ Int., 61(1), 16–25.
18. Ding, H., Li, H., Misra, R.D.K. et al. (2017) Strengthening mechanisms in low density Fe–26Mn–xAl–1C steels. Steel Research Int., 89, 1700381. DOI: https://doi.org/10.1002/srin.201700381
19. Kim, K.-W., Park, S.-J., Moon, J. et al. (2020) Characterization of microstructural evolution in austenitic Fe–Mn–Al–C lightweight steels with Cr content. Materials Characterization, 170, 110717. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matchar.2020.110717
20. Zhuang, C. Liu, J. Li, C., Tang, D. (2019) Study on high temperature solidification behavior and crack sensitivity of Fe–Mn–C–Al twip steel. Scientific Reports, 9(1), 15962–15977.
21. Lan, P. Tang, H., Zhang, J. (2016) Solidification microstructure, segregation, and shrinkage of Fe–Mn–C twinning-induced plasticity steel by simulation and experiment. Metallurg. and Mater. Transact. A, 47(6), 2964–2984.
22. Shen, Y. Liu, J. Yang, S. et al. (2019) Dendrite growth behavior in directionally solidified Fe–C–Mn–Al alloys. J. of Crystal Growth, 511, 118–126.
23. Lee, C.-Y., Lee, Y.-K. (2014) The solidification mode of Fe– Mn–Al–C lightweight steel. JOM, 66(9), 1794–1799.
24. Yaozu Shen, Shufeng Yang, Jianhua Liu et al. (2019) Study on micro segregation of high alloy Fe–Mn–C–Al steel. Steel Research Int., 90, 1800546. DOI: https://doi.org/10.1002/srin.201800546
25. Grajcar, A., Kaminska, M., Opiela, M. et al. (2012) Segregation of alloying elements in thermomechanically rolled medium-Mn multiphase steels. Mater. Manuf. Eng., 55(2), 256–264.
26. Wietbrock, B., Bambach, M., Seuren, S., Hirt, G. (2010) Homogenization strategy and material characterization of high-manganese TRIP and TWIP steels. Mater. Sci. Forum, 638–642, 3134–3139. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf
27. Senk, H. Emmerich, J. Rezende, R. Siquieri D. (2007) Estimation of segregation in iron-manganese steels. Advanced Engineering Materials, 8, 695–702. DOI: 10.1002/adem.200700138
28. Shen, Y. Yang, S. Liu et al. (2019) Study on micro segregation of high alloy Fe–Mn–C–Al steel. Steel Research Int., 90(5), 2963–2975. DOI: https://doi.org/10.1002/srin.201800546
29. Jan Reitz, Burkhard Wietbrock, Silvia Richter et al. (2011) Enhanced homogenization strategy by electroslag remelting of high-manganese TRIP and TWIP steels. Advanced Engineering Materials, 13(5), 395–399. DOI: 10.1002/adem.201000322
30. Kang-Wei LI, Chang-Ling ZHUANG, Jian-Hua LIU et al. (2015) Smelting and casting technologies of Fe–25Mn–3Al– 3Si twinning induced plasticity steel for automobiles. J. of Iron and Steel Research Int., 22 (Supplement 1), 75–79. DOI: https://doi.org/10.1016/S1006-706X(15)30142-4
31. Sa Ge, Mihaiela Isac, Roderick Ian Lawrence Guthrie (2013) Progress in strip casting technologies for steel; technical developments. ISIJ Int., 53(5), 729–742. DOI: https://doi.org/10.2355/isijinternational.53.729
32. Medovar, L., Stovpchenko G., Lisova, L. et al. (2023) Features and restrictions of electroslag remelting with silica-bearing slags for lightweight high manganese steel. Steel Research Int., 94(10), 202300161. DOI: https://doi.org/10.1002/srin.202300161

---

Реклама в цьому номері:

---