The effect of heat treatment on the formation of MnS compound in low-carbon structural steel 09Mn2Si

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The properties of steels are determined by many factors, including the manufacturing process and subsequent treatment. Some features of these processes lead to the fact that in steel, apart from alloying elements added to obtain a certain level of physical and mechanical properties, there are also foreign impurities that enter it at various stages. Foreign elements can not only dissolve in the matrix, but also participate in the formation of particles of nonmetallic inclusions acting as defects. Its presence significantly affects the performance characteristics of the material. That is why it is necessary to understand the processes that lead to the appearance of nonmetallic inclusions and affect its shape. Purpose: to consider the effect of heat treatment, leading to the appearance of a ferrite-martensitic structure, on the shape and size of nonmetallic inclusions; to determine its influence on the physical and mechanical properties of the material. In the work, samples of rolled steel 09Mn2Si after heat treatment are studied. Research methods. To study the properties and structure of steel 09Mn2Si, the following methods were used: scanning electron microscopy – to study the structure of the material, chemical composition in the local area and the site under study and to determine the accumulation of impurities; SIAMS 800 software and hardware complex – to compare the structure of the material with the atlas of microstructures, to determine the score of the grain structure, differences in the structural and phase composition occurring during heat treatment; portable X-ray fluorescence analyzer of metals and alloys X-MET 7000 - to determine the chemical composition of the samples under study in percentage terms; Vickers hardness tester with a preload of 20 kg – to measure the hardness of the samples under study. Results and discussions. It is found that in the low-alloy low-carbon structural steel 09Mn2Si in most cases there are nonmetallic inclusions of the type of manganese sulfide formed during its manufacture. When this steel is heated to the temperatures of the intercritical transition, this compound is formed in the area of grain boundaries in the form of spherical inclusions. The presence of these inclusions significantly affects the strength and corrosion properties. Manganese sulfide acts as the point of the corrosion process initiation.

About the authors

R. A. Sokolov

Email: falcon.rs@mail.ru
Tyumen Industrial University, 38 Volodarskogo, Tyumen, 625000, Russian Federation, falcon.rs@mail.ru

V. F. Novikov

Email: novikovvf@tyuiu.ru
Ph.Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Tyumen Industrial University, 38 Volodarskogo, Tyumen, 625000, Russian Federation, novikovvf@tyuiu.ru

I. M. Kovenskij

Email: kovenskijim@tyuiu.ru
D.Sc. (Engineering), Professor, Tyumen Industrial University, 38 Volodarskogo, Tyumen, 625000, Russian Federation, kovenskijim@tyuiu.ru

K. R. Muratov

Email: muratows@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Tyumen Industrial University, 38 Volodarskogo, Tyumen, 625000, Russian Federation, muratows@mail.ru

A. N. Venediktov

Email: annattoliy@gmail.com
Ph.D. (Engineering), Tyumen Industrial University, 38 Volodarskogo, Tyumen, 625000, Russian Federation, annattoliy@gmail.com

L. Z. Chaugarova

Email: chaugarovalz@tyuiu.ru
Tyumen Industrial University, 38 Volodarskogo, Tyumen, 625000, Russian Federation, chaugarovalz@tyuiu.ru

References

  1. Сазонов Б.Г. Влияние вторичной закалки из межкритического интервала на склонность стали к обратимой отпускной хрупкости // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1957. – № 4. – С. 30–34.
  2. Полякова А.М., Садовский В.Д. Межкритическая закалка конструкционных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1970. – № 1. – С. 5–8.
  3. Васильева А.Г., Гуляева Т.В., Сазонов В.Г. Влияние исходной структуры и скорости нагрева на свойства стали после межкритической закалки // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1981. – № 5. – С. 52–56
  4. Коган Л.И., Матрохина Э.Ф., Энтин Р.И. Влияние аустенитизации в межкритическом интервале температур на структуру и свойства низкоуглеродистых сталей // Физика металлов и металловедение. – 1981. – Т. 52, вып. 6. – С. 1232–1241.
  5. Голованенко С.А., Фонштейн Н.М. Двухфазные низколегированные стали. – М.: Металлургия, 1986. – 207 с.
  6. Виноград М.И., Громова Г.П. Включения в легированных сталях и сплавах. – М.: Металлургия, 1972. – 215 с.
  7. Колотыркин Я.М., Фрейман Л.И. Роль неметаллических включений в коррозионных процессах // Итоги науки и техники. Серия: Коррозия и защита от коррозии. – М., 1978. – Т. 6. – С. 5–52.
  8. Рябов Р.А., Гельд П.В. К вопросу о механизме образования флокенов // Металлы. – 1975. – № 6. – C. 114–116.
  9. Роль неметаллических включений и микроструктуры в процессе локальной коррозии углеродистых и низколегированных сталей / И.И. Реформатская, И.Г. Родионова, Ю.А. Бейлин, Л.А. Нисельсон, А.Н. Подобаев // Защита металлов. – 2004. – Т. 40, № 5. – С. 498–504.
  10. Родионова И.Г., Бакланова О.Н., Зайцев А.И. О роли неметаллических включений в ускорении процессов локальной коррозии нефтепромысловых трубопроводов из углеродистых и низколегированных сталей // Металлы. – 2004. – № 5. – С. 13–19.
  11. Роль неметаллических включений в ускорении процессов локальной коррозии нефтепромысловых трубопроводов и других видов металлопродукции и оборудования из углеродистых и низколегированных сталей / И.Г. Родионова, О.Н. Бакланова, Г.А. Филиппов, И.И. Реформатская, А.Н. Подобаев, С.Д. Зинченко, М.В. Филатов, С.В. Ефимов, В.Я. Тишков, А.В. Голованов, В.И. Столяров, А.В. Емельянов, Е.Я. Кузнецова // Коррозионно-активные неметаллические включения в углеродистых и низколегированных сталях: сборник трудов научно-практического семинара. – М., 2005. – С. 7–15.
  12. The role of nonmetallic inclusions in accelerating the local corrosion of metal products made of plain-carbon and low-alloy steels / I.G. Rodionova, O.N. Baklanova, G.A. Filippov, I.I. Reformatskaya, A.N. Podobaev, S.D. Zinchenko, M.V. Filatov, S.V. Efimov, V.Ya. Tishkov, A.V. Golovanov, V.I. Stolyarov, A.V. Emel'yanov, E.Ya. Kuznetsova // Metallurgist. – 2005. – Vol. 49, N 3–4. – P. 125–130. – doi: 10.1007/s11015-005-0065-3.
  13. ГОСТ 1778–70. Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений: взамен ГОСТ 1778–62: введен 01.01.1972. – М.: Изд-во стандартов, 1970. – 50 с.
  14. Источники возникновения в стали коррозионно-активных неметаллических включений и пути предотвращения их образования / А.И. Зайцев, И.Г. Родионова, В.В. Мальцев, О.Н. Бакланова, С.Д. Зинченко, А.М. Ламухин, М.В. Филатов, С.В. Ефимов, А.Б. Лятин, А.А. Клачков, В.О. Красильников // Металлы. – 2005. – № 2. – С. 3–11.
  15. Сандомирский С.Г. Анализ связи коэрцитивной силы с временным сопротивлением углеродистых сталей // Сталь. – 2016. – № 9. – С. 62–65.
  16. Определение взаимосвязи фактора разнозернистости и скорости коррозии конструкционной стали / Р.А. Соколов, В.Ф. Новиков, К.Р. Муратов, А.Н. Венедиктов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2020. – Т. 22, № 3. – С. 106–125. – doi: 10.17212/1994-6309-2020-22.3-106-125.
  17. Оценка влияния дисперсности структуры стали на магнитные и механические свойства / Р.А. Соколов, В.Ф. Новиков, К.Р. Муратов, А.Н. Венедиктов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2021. – Т. 23, № 4. – С. 93–110. – doi: 10.17212/1994-6309-2021-23.4-93-110.
  18. Башнин Ю.А., Ушаков Б.К., Секей А.Г. Технология термической обработки стали. – М.: Металлургия, 1986. – 424 с.
  19. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов. – М.: Металлургия, 1975. – 208 с.
  20. Анализ коррозионного поведения стали 3 в хлоридных растворах с помощью нейронных сетей / B.Д. Киселев, С.М. Ухловцев, А.Н. Подобаев, И.И. Реформатская // Защита металлов. – 2006. – Т. 42, № 5. – С. 493–499.
  21. Онищенко А.К., Беклемишев Н.Н. Теория промышленной ковки стали и сплавов: монография / под ред. А.К. Онищенко. – М.: Спутник+, 2011. – 245 с.
  22. Гельд П.В., Рябов Р.А., Кодес Е.С. Водород и несовершенства структуры металла. – М.: Металлургия, 1979. – 219 с.
  23. Вороненко Б.И. Водород и флокены в стали // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1997. – № 11. – С. 12–18.
  24. Фоминых Е.А. Совершенствование технологии производства конструкционной легированной стали для крупных поковок: дис. … канд. техн. наук: 05.16.02 / Южно-Уральский государственный университет. – Челябинск, 2007. – 179 с.
  25. Turkdogan Е.Т., Ignatowicz S., Pearson J. The solubility of sulphur in iron and iron-manganese alloys // Journal of the Iron and Steel Institute. – 1955. – Vol. 180. – P. 349–354.
  26. Явойский В.И., Рубенчик Ю.И., Окенко А.П. Неметаллические включения и свойства стали. – М.: Металлургия, 1980. – 174 с.
  27. Huffman G.P., Errington P.R., Fisher R.M. Mössbauer study of the Fe–Mn carbides (Fe1-XMnX)3C and (Fe1.1Mn3.9)C2 // Physica Status Solidi. – 1967. – Vol. 22 (2). – P. 473–481.
  28. Schaaf P., Wiesen S., Gonser U. Mössbauer study of iron carbides: cementite (Fe, M)3C (M = Cr, Mn) with various manganese and chromium contents // Acta Metallurgica et Materialia. – 1992. – Vol. 40, N 2. – P. 373–379.
  29. Шаповалов В.И. Трофименко В.В. Флокены и контроль водорода в стали. – М.: Металлургия, 1987. – 160 с.
  30. О влиянии роли неметаллических включений особого типа на ускорение процессов локальной коррозии труб нефтепромыслового назначения / И.Г. Родионова, О.Н. Бакланова, Г.А. Филиппов, С.Д. Зинченко, М.В. Филатов, С.В. Ефимов, В.И. Столяров, Е.Я. Кузнецова // Сталь. – 2005. – № 1. – С. 86–88.
  31. Смирнов М.А., Счастливцев В.М., Журавлев Л.Г. Основы термической обработки стали. – Екатеринбург: УрО РАН, 1999. – 495 с.
  32. Tensile properties and twinning behavior of high manganese austenitic steel with fine-grained structure / R. Ueji, N. Tsuchida, D. Terada, N. Tsuji, Y. Tanaka, A. Takemura, K. Kunishige // Scripta Materialia. – 2008. – Vol. 59, iss. 9. – P. 963–966. – doi: 10.1016/j.scriptamat.2008.06.050.
  33. Влияние зернограничных сегрегаций на температуры мартенситного превращения в бикристаллах NiTi / Р.И. Бабичева, А.С. Семенов, С.В. Дмитриев, К. Жоу // Письма о материалах. – 2019. – Т. 9, № 2. – С. 162–167. – doi: 10.22226/2410-3535-2019-2-162-167.
  34. Study of defect evolution by TEM with in situ ion irradiation and coordinated modeling / M. Li, M.A. Kirk, P.M. Baldo, D. Xu, B.D. Wirth // Philosophical Magazine. – 2012. – Vol. 92 (16). – P. 2048–2078. – doi: 10.1080/14786435.2012.662601.
  35. Influence of surface treatment of construction steels on determination of internal stresses and grain sizes using X-ray diffractometry method / R. Sokolov, V. Novikov, A. Venedictov, K. Muratov // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 19 (5). – P. 2584–2585. – doi: 10.1016/j.matpr.2019.09.015.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».