Вплив хімічного складу, температури нагріву та швидкості охолодження на формування структурних складових сталей

Abstract

UK: Постановка проблеми. Формування структурних складових починається під час затвердівання сталей. Тому важливо дослідити вплив хімічного складу, температури додаткового нагріву та швидкості охолодження розтопу на формування структурних складових сталей. Мета дослідження − провести порівняння впливу хімічного складу, температури нагріву та швидкості охолодження на формування структурних складових в сталях. Методика. Для визначення особливостей структурного стану сталей використовували мікроструктурний, мікрорентгеноспектральний, рентгеноструктурний аналізи та травлення поверхні зразків ніталем та гарячим розчином пікрату натрію. Результати. Досліджено зразки сталей з різним умістом вуглецю, марганцю та кремнію. Порівнювали структурний стан сталі за перерізом БЛЗ та сталі близького хімічного складу після додаткового нагрівання вище лінії ліквідусу на 50 °С, 150 °С та охолодження зі швидкостями 10–104 °С/с. Наукова новизна. Встановлено, що в процесі виготовлення БЛЗ при охолодженні в кристалізаторі зі швидкістю ~104 ºС/с у поверхневій зоні заготовки зі сталей з умістом вуглецю ≥0,5 % (мас.), марганцю ≥0,75 % (мас.) та кремнію ≥0,45 % (мас.) відбувається повне пригнічення утворення δ-фериту та утворення з розтопу дендритів γ-заліза. Вперше досліджено виплив температури нагріву вище лінії ліквідусу до 150 °С та швидкості охолодження 10–103 °С/с на структуроутворення дослідних вуглецевих сталей. Встановлено, що додаткове нагрівання вище лінії ліквідусу та охолодження зі швидкостями 102–103 °С/с практично повністю пригнічують утворення фериту по границях зерен, сприяють утворенню більш однорідної структури, зростанню дисперсності структурних складових, одночасному твердорозчинному і дисперсійному зміцненню сталі та поліпшенню механічних властивостей сталей. Крім цього, спостерігали зменшення об’ємної частки ділянок, що містять ліквацію елементів (марганцю та кремнію). Ділянки були розподілені більш рівномірно, дозволяє припустити, що буде зменшення перепаду по вмісту хімічних елементів, порівняно зі станом без додаткового нагрівання розтопу. Практична значимість. Використання отриманих результатів дозволить розробити технології отримання сталей з більш однорідною структурою.

EN: Problem statement. The formation of structural components starts with the hardening of steels. Therefore, it is important to investigate the influence of chemical composition, temperature of additional heating and cooling rate of the melt on the formation of structural components of steels. The purpose of the research – to compare the influence of the chemical composition, heating temperature and cooling rate on the formation of structural components in steels. Methods. To determine the features of the structural state of steels, we use microstructural analysis, X-ray microanalysis, X-ray diffraction method and surface etching of specimens with nital and hot solution of sodium picrate. Results. In the work, a study of steel specimens with different carbon, manganese and silicon content was carried out. We compared the structural state of steel in the cross-section of continuous cast steel billet and steel of a similar chemical composition after additional heating above the liquidus line at 50 °C, 150 °C and cooling at rates of 10–104 °C/s. Scientific novelty. It was found that in the process of manufacturing of continuous cast steel billets, when cooling in a crystallizer at the rate of ~104 ºС/s in the surface zone of the billet of steels with a carbon content of ≥ 0.5 wt.%, manganese ≥ 0.75 wt.% and silicon ≥ 0.45 wt.% the δ-ferrite formation and γ-iron dendrites formation from the melt are completely suppressed. For the first time, the effect of heating temperature above the liquidus line up to 150 °С and cooling rate of 10–103 °С/s on the structure formation of experimental carbon steels was investigated. It was established that additional heating above the liquidus line and cooling at rates of 102–103°C/s almost completely inhibits the formation of ferrite along the grain boundaries, enhances formation of a more uniform structure, an increase in the dispersion of structural components, simultaneous solid-solution and dispersion hardening of steel, and improvement of mechanical properties of steels. In addition, a decrease in the volume fraction of the areas containing liquation elements (manganese and silicon) was observed. The areas were distributed more evenly, which suggests that there could be a decrease in the difference in the content of chemical elements, compared to the condition without additional heating of the melt. Practical value. The use of the obtained results could allow to develop technologies for obtaining steels with a more uniform structure.