blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2017-7-544-548blackmet-1127Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMATERIAL SCIENCEПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛЕРОДА ПРИ ДЕФОРМАЦИИ СТАЛЕЙ С БЕЙНИТНОЙ И МАРТЕНСИТНОЙ СТРУКТУРАМИCARBON REDISTRIBUTION UNDER DEFORMATION OF STEELS WITH BAINITE AND MARTENSITE STRUCTURESАксёноваК. В.AksenovaK. V.

к.т.н., ассистент кафедры естественнонаучных дисциплин им. профессора В.М. Финкеля

Cand. Sci. (Eng.), Assistant of the Chair of Science named after V.M. Finkel

alsaraeva_kv@physics.sibsiu.ruГромовВ. Е.GromovV. E.

д.ф.-м.н., заведующий кафедрой естественнонаучных дисциплин им. профессора В.М. Финкеля

Dr. Sci. (Phys.-math.), Professor, Head of the Chair of Science named after V.M. Finkel

gromov@physics.sibsiu.ruИвановЮ. Ф.IvanovYu. F.

д.ф.-м.н., профессор, главный научный сотрудник

Dr. Sci. (Phys.-math.), Professor, Chief Researcher

yufi55@mail.ruНикитинаЕ. Н.NikitinaE. N.

инженер-исследователь кафедры естественнонаучных дисциплин им. профессора В.М. Финкеля

Research Engineer of the Chair of Science named after V.M. Finkel

nikitina_en@mail.ruКосиновД. А.KosinovD. A.

к.т.н., старший научный сотрудник управления научных исследований (УНИ)

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher of Department of Scientific Researches

kosinov.dima@rambler.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian FederationНациональный исследовательский Томский политехнический университет; Институт сильноточной электроники СО РАНРоссияNational Research Tomsk Polytechnic University; Institute of High Current Electronics SB RASRussian Federation201719082017607544548Copyright © Аксёнова К.В., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Никитина Е.Н., Косинов Д.А., 20172017Аксёнова К.В., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Никитина Е.Н., Косинов Д.А.Aksenova K.V., Gromov V.E., Ivanov Y.F., Nikitina E.N., Kosinov D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1127

В последние годы значительно увеличился объем применения высокопрочных сталей и, прежде всего, сталей мартенситного и бейнитного классов для изготовления деталей и конструкций ответственного назначения. Достижение высокопрочного состояния возможно за счет эффективного деформационного упрочнения сталей различных классов при условии его рационального применения. Знание количественных закономерностей и механизмов деформационного упрочнения сталей различных структурных классов при активной пластической деформации необходимо для целенаправленного формирования структурно-фазовых состояний и механических свойств материала. В работе методами просвечивающей электронной дифракционной микроскопии выполнен сравнительный анализ эволюции структуры, фазового состава и состояния дефектной субструктуры стали с мартенситной и бейнитной структурами при активной пластической деформации до разрушения. Показано, что после аустенитизации при температуре 950 °С (1,5 ч) и последующей закалки в масле стали 38ХН3МФА и нормализации стали 30Х2Н2МФА формируется многофазная структура (α-фаза, γ-фаза, цементит), основу которой составляют мартенсит пакетной морфологии (сталь 38ХН3МФА) и нижний бейнит (сталь 30Х2Н2МФА). Полученные количественные закономерности изменения параметров структуры стали в процессе пластического деформирования позволили выполнить исследования, направленные на анализ распределения атомов углерода в структуре деформированной стали. Выявлены места локализации атомов углерода в структуре мартенсита (закаленная сталь 38ХН3МФА) и бейнита (нормализованная сталь 30Х2Н2МФА). Установлено, что деформация сталей сопровождается разрушением частиц цементита. Для закаленной мартенситной стали с увеличением степени деформации суммарное количество атомов углерода, расположенных в твердом растворе на основе α- и γ-железа, снижается, а на дефектах структуры  – увеличивается. Перераспределение атомов углерода в стали с бейнитной структурой с увеличением степени деформации заключается в росте количества атомов углерода, расположенных в α-железе, дефектах кристаллической структуры, цементите на внутрифазных границах и уменьшении количества атомов углерода в частицах цементита, лежащих в объеме пластин бейнита и в γ-железе. 

In recent years, application of high duration steels, first of all, martensitic and bainitic steels used in manufacturing of parts and structures of crucial function has increased significantly. It is possible to achieve a high duration state by means of effective deformation hardening of steels of various classes at rational use. Understanding of quantitative laws and mechanisms of deformation hardening of steels of different structural classes under active plastic deformation is necessary in terms of targeted formation of structure-phase states and mechanical properties of material. In this work, comparative analysis of structure evolution, phase composition and state of defective substructure of steel with martensitic and bainitic structures under active plastic deformation prior to fracture was performed using transmission electron diffraction microscopy. It was shown that after austenitization at temperature of 950  °C (1.5 hours) and subsequent quenching in oil of 38CrNi3MoV steel and normalization of 30Cr2Ni2MoV steel, a multiphase structure (α phase, γ phase, cementite) is formed, based on martensite of packet morphology (38CrNi3MoV steel) and lower bainite (30Cr2Ni2MoV steel). Obtained quantitative regularities of changes in parameters of steel structure in process of plastic deformation made it possible to carry out studies aimed at analyzing the distribution of carbon atoms in structure of deformed steel. Localization of carbon atoms in martensite structure (38CrNi3MoV hardened steel) and bainite (30Cr2Ni2MoV normalized steel) are revealed. It was established that steels deformation is accompanied by destruction of cementite particles. For hardened martensitic steel, with an increase in degree of deformation, the total number of carbon atoms located in solid solution based on α- and γ-iron decreases, and on structural defects – increases. Redistribution of carbon atoms in steel with bainitic structure with increase in deformation degree consists in growth of number carbon atoms located in α-iron, in defects of the crystal structure, and in intraphase boundaries cementite and its’ subsequent decrease in cementite particles within bainite plates and in γ-iron.

стальструктурауглеродлокализациядеформациядефектыsteelstructurecarbon localizationdeformationdefectsReferencesКурдюмов Г.В., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. – М.: Наука, 1977. – 236 с.Kurdyumov G.V., Utevskii L.M., Entin R.I. Prevrashcheniya v zheleze i stali [Transformations in iron and steel]. Moscow: Nauka, 1977, 236 p. (In Russ.).Speich G., Swann Р.R. Yield strength and transformation substructure of quenched iron-nickel alloys // J. Iron and Steel Inst. 1965. Vol. 205. No. 4. Р. 480 – 485.Speich G., Swann Р.R. Yield strength and transformation substructure of quenched iron-nickel alloys. J. Iron and Steel Inst. 1965, vol.  205, no. 4, pp. 480–485.Borgenstam A., Hillert M., Agren J. Metallographic evidence of carbon diffusion in the growth of bainite // Acta Materialia. 2009. Vol. 57. No. 11. P. 3242 – 3252.Borgenstam A., Hillert M., Agren J. Metallographic evidence of carbon diffusion in the growth of bainite. Acta Materialia. 2009, vol.  57, no. 11, pp. 3242–3252.Clarke A.J., Speer J.G., Miller M.K. etc. Carbon partitioning to austenite from martensite or bainite during the quench and partition process: Acritical assessment //Acta Materialia. 2008. Vol. 56. No. 1. P. 16 – 22.Clarke A.J., Speer J.G., Miller M.K. etc. Carbon partitioning to austenite from martensite or bainite during the quench and partition process: A critical assessment. Acta Materialia. 2008, vol. 56, no.  1, pp. 16–22.Sourmail T., Smanio V. Low temperature kinetics за bainite formation in high carbon steels // Acta Materialia. 2013. Vol. 61. No. 7. P. 2639 – 2648.Sourmail T., Smanio V. Low temperature kinetics за bainite formation in high carbon steels. Acta Materialia. 2013, vol. 61, no. 7, pp.  2639–2648.Speich G.R. Tempering of low-carbon martensite // Trans. Met. Soc. AIME. 1969. Vol. 245. No. 10. Р. 2553 – 2564.Speich G.R. Tempering of low-carbon martensite. Trans. Met. Soc. AIME. 1969, vol. 245, no. 10, pp. 2553–2564.Kalich D., Roberts E.M. On the distribution of carbon in martensite // Met. Trans. 1971. Vol. 2. No. 10. Р. 2783 – 2790.Kalich D., Roberts E.M. On the distribution of carbon in martensite. Met. Trans. 1971, vol. 2, no. 10, pp. 2783–2790.Fasiska E.J., Wagenblat H. Dilatation of alpha-iron by carbon // Trans. Met. Soc. AIME. 1967. Vol. 239. No. 11. Р. 1818 – 1820.Fasiska E.J., Wagenblat H. Dilatation of alpha-iron by carbon. Trans. Met. Soc. AIME. 1967, vol. 239, no. 11, pp. 1818–1820.Ridley N., Stuart H., Zwell L. Lattice parameters of Fe-C austenite of room temperature // Trans. Met. Soc. AIME. 1969. Vol. 246. No. 8. Р. 1834 – 1836.Ridley N., Stuart H., Zwell L. Lattice parameters of Fe-C austenite of room temperature. Trans. Met. Soc. AIME. 1969, vol. 246, no. 8, pp. 1834–1836.Веселов С.И., Спектор Е.З. Зависимость параметра решетки аустенита от содержания углерода при высоких температурах // ФММ. 1972. Т. 34. № 5. С. 895, 896.Veselov S.I., Spektor E.Z. Dependence of austenite lattice on carbon content at high temperatures. Fizika Metallov i Metallovedenie. 1972, vol. 34, no. 5, pp. 895–896. (In Russ.).Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. – М.: Металлургия, 1977. – 407 с.Lakhtin Yu.M. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov [Metall science and heat treatment of metals]. Moscow: Metallurgiya, 1977, 407 p. (In Russ.).Приданцев М.В., Давыдова Л.Н., Тамарина А.М. Конструкционные стали: Справочник. – М.: Металлургия, 1980. – 288 с.Pridantsev M.V., Davydova L.N., Tamarina A.M. Konstruktsionnye stali: Spravochnik [Construction steels: Reference book]. Moscow: Metallurgiya, 1980, 288 p. (In Russ.).Утевский Л.М. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. – М.: Металлургия, 1973. – 584 с.Utevskii L.M. Difraktsionnaya elektronnaya mikroskopiya v metallovedenii [Diffraction electron microscopy in metal science]. Moscow: Metallurgiya, 1973, 584 p. (In Russ.).Hirsch P.B., Howie A., Nicholson R.B., etc. Electron Microscopy of Thin Crystals. – Washington: Butterworth, 1965. – 549 p.Hirsch P.B., Howie A., Nicholson R.B., Pashley D.W., Whelan M.J. Electron Microscopy of Thin Crystals. Washington: Butterworth, 1965, 549 p.Bhadeshia H.K.D.H. Bainite in Steels. 2nd ed. The Institute of Materials London, 2001. – 460 p.Bhadeshia H.K.D.H. Bainite in Steels. 2nd ed. London: The Institute of Materials, 2001, 460 p.Счастливцев В.М., Калетина Ю.В., Фокина Е.А. Остаточный аустенит в легированных сталях. – Екатеринбург: УрО РАН, 2014. – 236 с.Schastlivtsev V.M., Kaletina Yu.V., Fokina E.A. Ostatochnyi austenit v legirovannykh stalyakh [Residual austenite in alloyed steels]. Ekaterinburg: UrO RAN, 2014, 236 p. (In Russ.).Ivanov Y.F., Kolubaeva Y.A., Kornet E.V., Gromov V.E. Formation of the fine structure and phase composition of structural steel on quenching // Steel in Translation. 2009. Vol. 39. No. 4. P. 302 – 306.Ivanov Y.F., Kolubaeva Y.A., Kornet E.V., Gromov V.E. Formation of the fine structure and phase composition of structural steel on quenching. Steel in Translation. 2009, vol. 39, no. 4, pp. 302–306.Корнет Е.В., Иванов Ю.Ф., Коновалов С.В., Громов В.Е. Эволюция структурно-фазовых состояний закаленной стали при деформации // Изв. вуз. Черная металлургия. 2009. № 6. С. 66 – 69.Kornet E.V., Ivanov Yu.F., Konovalov S.V., Gromov V. E. Evolution of structure-phase states of hardened steel under deformation. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2009, no. 6, pp. 66–69. (In Russ.).Nikitina E.N., Gromov V.E., Alsaraeva K.V. Evolution of the Defect Subsystem of Structural Steel with Bainite Structure on Deformation // Steel in Translation. 2015. Vol. 45. No. 8. P. 571 – 574.Nikitina E.N., Gromov V.E., Alsaraeva K.V. Evolution of the Defect Subsystem of Structural Steel with Bainite Structure on Deformation. Steel in Translation. 2015, vol. 45, no. 8, pp. 571–574.Ivanov Yu.F., Nikitina E.N., Gromov V.E. Carbon distribution in bainitic steel subjected to deformation // AIP Conference Proceedings. 2015. Vol. 1683. No. 020075.Ivanov Yu.F., Nikitina E.N., Gromov V.E. Carbon distribution in bainitic steel subjected to deformation. AIP Conference Proceedings. 2015, vol. 1683, no. 020075.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.