Ударная вязкость низкоуглеродистых низколегированных сталей с ферритно-бейнитной микроструктурой по результатам множественных испытаний

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Для описания закономерностей изменения ударной вязкости и хладостойкости изучены две близкие по химическому составу низкоуглеродистые низколегированные малосернистые стали с ферритно-бейнитной микроструктурой. По результатам множественных испытаний на ударный изгиб в температурном интервале перехода от вязкого разрушения к хрупкому хладостойкость стали с пониженным содержанием серы и углерода (0.002% S и 0.106% C), которую оценивали по доле вязкой составляющей в изломах образцов, оказалась значительно выше хладостойкости стали с их повышенным содержанием (0.008% S и 0.120% C). Содержание бейнита в ферритно-бейнитной микроструктуре стали с повышенным содержанием S и С больше. Образование очагов скола в стали с повышенным содержанием S и С происходило преимущественно с участием MnS. Влияние неметаллических включений на зарождение скола в стали с пониженным содержанием S и С не выявлено. В небольшой части изломов образцов стали с пониженным содержанием S и С и почти во всех изломах образцов стали с повышенным содержанием S и С наблюдали расщепления. Установлено, что в отличие от сталей класса прочности X80 расщепления в термоулучшенных низкоуглеродистых низколегированных сталях с низким содержанием серы образуются по механизму зернограничного разрушения. Расщепления возникали в пределах бейнитных полос вдоль границ бейнитных пакетов при совпадении позиций максимальных нормальных напряжений и области осевой сегрегации. Очагами зернограничных расщеплений образцов стали с повышенным содержанием S и С, как правило, служили включения MnS, а в образцах стали с пониженным содержанием S и С влияние MnS на возникновение зернограничных расщеплений не обнаружено.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. М. Кантор

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: mkantor@imet.ac.ru
Россия, 119334 Москва, Ленинский пр., 49

К. Г. Воркачев

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

Email: mkantor@imet.ac.ru
Россия, 119334 Москва, Ленинский пр., 49

В. А. Боженов

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

Email: mkantor@imet.ac.ru
Россия, 119334 Москва, Ленинский пр., 49

К. А. Солнцев

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук

Email: mkantor@imet.ac.ru
Россия, 119334 Москва, Ленинский пр., 49

Список литературы

  1. Gladman T. The Physical Metallurgy of Microalloyed Steels. the Institute of Materials. London: CRC Press, 1997. P. 615.
  2. Franqois D. Micromechanisms and the Charpy Transition Curve. From Charpy to Present Impact Testing / Eds. Franqois D., Pineau A. N.Y.: Elsiever, 2002. P. 21-32.
  3. Wang G.Z., Liu Y.G., Chen J.H. Investigation of Cleavage Fracture Initiation in Notched Specimens of a C-Mn Steel with Carbides and Inclusions // Mater. Sci. Eng. A. 2004. V. 369. P. 181-191. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.11.003
  4. Ghosh A., Modak P., Dutta R., Chakrabarti D. Effect of MnS Inclusion and Crystallographic Texture on Anisotropy in Charpy Impact Toughness of Low Carbon Ferritic Steel // Mater. Sci. Eng. A. 2016. V. 654. P. 298–308. https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.12.047
  5. Joo M.S., Suh D.-W., Bae J.H., Bhadeshia H.K.D.H. Role of Delamination and Crystallography on Anisotropy of Charpy Toughness in API-X80 Steel // Mater. Sci. Eng. A. 2012. V. 546. P. 314–322. https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.03.079
  6. Mintz B., Maina E., Morrison W.B. Origin of Fissures on Fracture Surfaces of Impact Samples of HSLA Steels with Ferrite/Pearlite Microstructures // Mater. Sci. Technol. 2007. V. 23. № 3. P. 347-354. https://doi.org/10.1179/174328407x161222
  7. Mintz B., Maina E.M., Morrison W.B. Influence of Dislocation Hardening, Precipitation Hardening, Grain Elongation and Sulphides on Fissure Formation in HSLA Steels Having a Ferrite/Pearlite Microstructure // Mater. Sci. Technol. 2008. V. 24. № 2. P. 177–188. https://doi.org/10.1179/174367507x247377
  8. Mantyla M., Rossoll A., Nedbal I., Prioul C., Marini B. Fractographic Observations of Cleavage Fracture Initiation in a Bainitic A508 Steel // J. Nucl. Mater. 1999. V. 264. № 3. P. 257–262. https://doi.org/10.1016/s0022-3115(98)00496-6
  9. Gervasyev A., Pyshmintsev I., Petrov R., Huo C., Barbaro F. Splitting Susceptibility in Modern X80 Pipeline Steels // Mater. Sci. Eng. A. 2020. V. 772. 138746. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.P.138746
  10. Pyshmintsev I., Gervasyev A., Olalla V. C., Petrov R., Arabey A. Mechanical and Metallurgical Aspects of the Resistance to Ductile Fracture Propagation in the New Generation of Gas Pipelines. V. 3: Materials and Joining; Risk and Reliability. 2014. P. 1–11. https://doi.org/10.1115/ipc2014-33714
  11. Tankoua F., Crépin J., Thibaux P., Cooreman S., Gourgues-Lorenzon A.-F. Quantification and Microstructural Origin of the Anisotropic Nature of the Sensitivity to Brittle Cleavage Fracture Propagation for Hot-rolled Pipeline Steels // Int. J. Fract. 2018. V. 212. P. 143–166. https://doi.org/10.1007/s10704-018-0297-4
  12. Tankoua F., Cre´pin J., Thibaux P., Cooreman S., Gourgues-Lorenzon A.-F. Contribution of the Microtexture Evolution Induced by Plastic Deformation on the Resistance of a Hot-rolled Pipeline Steel to Flat Cleavage Fracture and to Brittle Delamination Cracking // Int. J. Fract. 2022. V. 233. P. 211–237. https://doi.org/10.1007/s10704-022-00621-7
  13. Bicego V., Rinaldi C. Fractographic Study of Toughness Variability in Transition Region. Defect Assessment in Components – Fundamentals and Applications / Eds. Blauel J.G., Schwalbe K.-H. London: Mechanical Engineering, 1991. P. 459–475.
  14. Kantor M.M., Bozhenov V.A. Scattering of Values of Impact Toughness of Low-alloy Steel in the Ductile-brittle Transition Temperature Region // Inorg. Mater. Appl. Res. 2014. V. 5. P. 293–302. https://doi.org/10.1134/S207511331404025X
  15. Kawata H., Umezawa O. Effect of Pearlite Volume Fraction on Two-step Ductile to Brittle Transition in Ferrite + Pearlite Structure Steel Sheets // ISIJ International. 2019. V. 59. № 7. P. 1344–1353. https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2018-764
  16. Kantor M.M., Vorkachev K.G., Bozhenov V.A., Solntsev K.A. The Role of Splitting Phenomenon under Fracture of Low-Carbon Microalloyed X80 Pipeline Steels during Multiple Charpy Impact Tests // Appl. Mech. 2022. V. 3. P. 740–756. https://doi.org/10.3390/applmech3030044
  17. Graville B.A., Tyson W.R. Toughness Requirements for Welded Structures in the Arctic // Weld. Res. 1992. P. 437-442.
  18. Kantor M., Vorkachev K., Solntsev K. Microstructure-Impact Toughness Relationships in Quenched and Tempered Low Carbon Low Alloy Steels // Key Eng. Mater. 2021. V. 887. P. 216–221. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.887.216
  19. Gervasyev A., Petrov R., Pyshmintsev I., Struin A., Leis B. Mechanical Properties Anisotropy in X80 Line Pipes. V. 3: Operations, Monitoring and Maintenance; Materials and Joining. 2016. P. 1-7. https://doi.org/10.1115/ipc2016-64695
  20. Davis B.J. The Effect of Separations on the Assessment of Charpy Impact Tests. Ph.D. Thesis. Wollongong: Univ. of Wollongong, 2017.
  21. Zaefferer S., Romano P., Friedel F. EBSD as a Tool to Identify and Quantify Bainite and Ferrite in Low-alloyed Al-TRIP Steels // J. Microsc. 2008. V. 230. P. 499–508. https://doi.org/10.1111/j.1365-2818.2008.02010.x
  22. Zajac S., Shwinn V., Tacke K.H. Characterization and Quantification of Complex Bainitic Microstructures in High and Ultra-high Strength Linepipe Steels // Mater. Sci. Forum. 2005. V. 500–501. P. 387–394. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.500-501.387
  23. Kantor M.M., Sudin V.V., Solntsev K.A. Deformation Features of the Propagation of Cleavage Cracks in a Ferritic-Pearlite Microstructure in the Ductile to Brittle Transition Interval // Inorg. Mater. 2021. V.57. № 6. P. 641–653. https://doi.org/10.1134/S0020168521060042
  24. Heerens J., Read D.T., Cornec A., Schwalbe K.-H. Defect Assessment in Components – Fundamentals and Applications /Eds. Blauel J.G., Schwalbe K.-H. London: Mechanical Engineering, 1991. P. 659-678.
  25. Chen J.H., Cao R. Micromechanism of Cleavage Fracture of Metals. A Comprehensive Microphysical Model for Cleavage Cracking in Metals. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2015. P. 467.
  26. Bertolo V., Jiang Q., Scholl S., Petrov R., Hangen U., Walters C., Sietsma J., Popovich V. A Comprehensive Quantitative Characterization of the Multiphase Microstructure of a Thick-section High Strength Steel // J. Mater. Sci. 2022. V. 57. P. 7101–7126. https://doi.org/10.1007/s10853-022-07121-y
  27. Кудря А.В., Никулин С.А., Николаев Ю.А., Арсенкин А.М., Соколовская Э.А., Скородумов С.В., Чернобаева А.А., Кузько Е.И, Хорева Е.Г. Факторы неоднородности вязкости низколегированной стали 15Х2НМФА // Изв. вузов. Черная металлургия. 2009. № 9. C. 23–28.
  28. Штремель М.А. Разрушение. Книга 2. Разрушение структур. М.: Издательский Дом МИСиС, 2015. С. 258–259.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Микроструктура стали 1(а), 2(б) (РБ – реечный бенит, ПФ – полигональный феррит).

Скачать (294KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Характерный излом с расщеплением стали 1 (ВС и ХС – вязкая и хрупкая составляющие).

Скачать (88KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Температурные зависимости ударной вязкости, полученные по результатам множественных испытаний на ударный изгиб, для сталей 1 и 2.

Скачать (60KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Количественная оценка соотношения уширения ϕ разрушенных образцов и ударной вязкости KCU-⁸˚для сталей 1 и 2.

Скачать (62KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Количественная оценка характеристик изломов: соотношение ДВС и KCU–80 (а), соотношение Lхс и KCU–80 (б).

Скачать (137KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Количественная оценка характеристик расщеплений в образцах сталей 1 и 2 (tисп = -80°С; Р – расщепление, БР – без расщепления).

Скачать (467KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Локализация расщеплений в сечении разрушенного ударным изгибом образца стали 2 в продольно-поперечной плоскости.

Скачать (143KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Действительная микроструктура и микроструктура бывшего аустенита в стали 2.

Скачать (590KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Бейнитная полоса в Ф-Б-микроструктуре в области осевой сегрегации стали 1: карта СКР + карта качества картин Кикучи Band Slope + карта границ зерен; черный – высокоугловые границы > 15°, фуксия – малоугловые границы 2°–15° (EBSD).

Скачать (594KB)
Метаданные
11. Рис. 10. РЭМ-снимки загрязнений неметаллическими включениями в области осевой сегрегации стали 1 (а), 2 (б).

Скачать (232KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Микроструктура пластической зоны в области вершины расщепления стали 1: карта СКР + карты качества Кикучи-картин Band Slope + карта границ зерен, в верхнем правом углу вместо карты СКР карта в эйлеровых углах; черный – высокоугловые границы > 15°, фуксия – малоугловые границы 2°-15° (EBSD).

Скачать (911KB)
Метаданные
13. Рис. 12. РЭМ-снимки очагов скола при разрушении металла стали 1 (tисп = -80°C): а, б –две очаговые фасетки скола без неметаллических включений по разные стороны от магистрального расщепления на одном и том же образце; в – очаговая фасетка скола c оксидным неметаллическим включением; г – очаговая фасетка скола без неметаллического включения, расположенная вблизи вершины расщепления.

Скачать (614KB)
Метаданные
14. Рис. 13. РЭМ-снимки очагов скола при разрушении металла стали 2 (tисп = -80°C): а, б – очаговые фасетки скола различной природы в образце с расщеплением; в – очаговая фасетка скола без неметаллического включения; г – очаговая фасетка скола с MnS вблизи вершины расщепления.

Скачать (530KB)
Метаданные
15. Рис. 14. Фрактографическое изучение природы образования расщеплений в образцах стали 1 (а, в), 2 (б, г), разрушенных ударным изгибом при -80°C.

Скачать (638KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».