Объемные изменения при нагреве в стали 60С2ХФА, подвергнутой Q-n-P-обработке

В статье представлены результаты исследования фазово-структурных превращений и объемных изменений, протекающих при нагреве в рессорной высококремнистой стали 60С2ХФА, подвергнутой Q-n-P-обработке. Исследовали сталь, содержащую 0,53 % С; 1,46 % Si; 0,44 % Mn; 0,95 % Cr; 0,10 % V; 0,016 % S; 0,013 % P. Образцы стали подвергли Q-n-P-обработке по режимам: а) аустенитизация при 880 ^оС, б) закалка с завершением охлаждения при температуре 120, 160, 200 и 240 ^оС, в) последующая выдержка в течение от 10 до 3600 с при 220, 250 и 300 ^оС, г) окончательное охлаждение в воде. Объемные изменения при нагреве изучали с применением оптического дифференциального дилатометра при скорости нагрева 1 К/с. В качестве эталона использовали закаленный образец стали 60С2ХФА, стабилизированный высоким отпуском. Количество остаточного аустенита определяли рентгенографическим методом с использованием дифрактометра ДРОН-3 с железным излучением. Установлено, что на кривых нагрева Q-n-P-образцов четко выявляются участки, соответствующие различным превращениям при отпуске. На дилатограммах Q-n-P-образцов обнаруживается резкое повышение величины дилатометрического эффекта, соответствующего второму превращению при отпуске (270-430 ^оС), что указывает на рост доли остаточного аустенита в результате проведения Q-n-P-обработки по сравнению с закаленным состоянием (что подтверждено рентгенографическим исследованием). В то же время уменьшается величина эффекта, соответствующего третьему превращению при отпуске. Для получения максимального количества остаточного аустенита в стали 60С2ХФА температура partitioning должна составлять 260-300 ^оС, а температура завершения закалки – 160-240 ^оС. При этом количество остаточного аустенита существенно повышается по мере увеличения температуры закалки Длительность стадии «partitioning» должна выбираться с учетом экстремального характера зависимости доли остаточного аустенита от времени выдержки. В результате выполнения работы показана возможность эффективного применения дилатометрического метода для анализа структурного состояния и выбора оптимального режима Q-n-P-обработки стали.

1. Speer J.G. Carbon partitioning into austenite after martensite transformation / J.G. Speer, D.K. Matlock, B.C. De Cooman [etc.] // Acta Materialia. – 2003. – vol. 51. – P. 2611-2622.

2. https://ru.scribd.com/document/349920606/Carbon-partitioning-Into-Austenite-After-Martensite

3. Speer J. G. Partitioning of carbon from supersaturated plates of ferrite, with application to steel processing and fundamentals of the bainite transformation / J. G. Speer, D. V. Edmonds, F. C. Rizzo [etc.] // Solid State and Materials Science. – vol. 8. – 2004. – P. 219–237.

4. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359028604000749

5. Edmonds, D. V. Quenching and partitioning martensite — A novel steel heat treatment / D. V. Edmonds, K. He, F. C. Rizzo [etc.] // Materials Science and Engi-neering: A. – vol. 438. – 2006. – P. 25–34.

6. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921509306007374

7. Santofimia M.J., Zhao L., Sietsma J. Overview of mechanisms involved during the quenching and partitioning process in steels // Metallurgical and Materials Trans-actions. – 2011. – vol. 42A. – Р. 3620–3626.

8. https://link.springer.com/article/10.1007/s11661-011-0706-z

9. Юрченко А.Н. Микроструктурные особенности, механические свойства и термическая обработка бейнитных сталей / А.Н. Юрченко, Ю.Н. Симонов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического уни-верситета. – 2016. – Т. 18, № 3. – C. 160 181.

10. https://cyberleninka.ru/article/n/mikrostrukturnye-osobennosti-mehanicheskie-svoystva-i-termicheskaya-obrabotka-beynitnyh-staley

11. Zhong N. Enhancement of the mechanical properties of a Nb-microalloyed advanced high-strength steel treated by quenching–partitioning–tempering process / N. Zhong, X.D. Wang, L. Wang [etc.] // Materials Science and Engineering A. –2009. – vol. 506. – P. 111–116.

12. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921509308012896

13. Jing S. Microstructure development and mechanical properties of quenching and partitioning (Q&P) steel and an incorporation of hot-dipping galvanization during Q&P process / S. Jing, Y. Hao // Materials Science & Engineering A. – 2013. – vol. 586. – P. 100-107.

14. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921509313008848

15. Hsu T. Y. Strengthening and toughening mechanisms of quenching–partitioning–tempering steels / T.Y. Hsu, X. J. Jin,Y.H. Rong // Journal of Alloys and Compounds. - 2013. – vol. 577S. – P. 568-571.

16. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838812002782

17. Matlock D.K. Recent developments in advanced high strength sheet steels for automotive applications: an overview / D.K. Matlock, J.G. Speer, E.De Moor [etc.] // JESTECH. – 2012. – vol. 15(1). – Р. 1-12.

18. https://www.academia.edu/10351259/RECENT_DEVELOPMENTS_IN_ADVANCED_HIGH_STRENGTH_SHEET_STEELS_FOR_AUTOMOTIVE_APPLICATIONS_AN_OVERVIEW

19. Автор, 2013.

20. Toji Y. Carbon partitioning during quenching and partitioning heat treatment accompanied by carbide precipitation / Y.Toji, G.Miyamoto, D.Raabe//Acta Materialia. – 2015. – vol. 86. – P. 137-147.

21. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645414009021

22. Clarke A.J. Carbon partitioning to austenite from martensite or bainite during the quenching and partition (Q&P) process: A critical assessment / A.J. Clarke, J.G. Speer, M.K. Miller [etc.] // Acta Materialia. – 2008. – vol. 56. – P. 16-22.

23. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645407005976

24. Курдюмов Г.В. Превращения в железе и стали / Г.В. Курдюмов, Л.М. Утевский, Р.И.М. Энтин. – М.:Наука, 1977. – 236 с.

25. Maheswari N. Influence of alloying elements on the microstructure evolution and mechanical properties in quenched and partitioned steels / N. Maheswari, S. Chowdhury, K.C. Kumar [etc.] // Materials Science & Engineering A. – 2014. – vol. 600. – P. 12–20.

26. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921509314000975

27. Liu S.G. Application of quenching–partitioning–tempering process and modifi-cation to a newly designed ultrahigh steel / S.G. Liu, S.S. Dong, F. Yang // Materials and Design. – 2014. – № 56. – P. 37-43.

28. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S026130691301039X

29. Huang X. Effect of a quenching–long partitioning treatment on the micro-structure and mechanical properties of a 0.2 C% bainitic steel / X. Huang, W. Liu, Y. Huang [etc.] // Journal of Materials Processing Technology. – 2015. – vol. 222. – P. 181–187.

30. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924013615001041

31. Toji Y. Atomic-scale analysis of carbon partitioning between martensite and austenite by atom probe tomography and correlative transmission electron microscopy / Y. Toji, H. Matsuda, M. Herbig [etc.] // Acta Materialia. – 2014. – vol. 65. – P. 215 228.

32. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645413008276

33. Speer J. G. Analysis of microstructure evolution in quenching and partition-ing automotive sheet steel / J.G. Speer, E. De Moor, K.O. Findley [etc.] // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2011. – vol. 42A. – P. 3591–3601.

34. https://link.springer.com/article/10.1007/s11661-011-0869-7

35. Zhao P. The significance of ultrafine film-like retained austenite in governing very high cycle fatigue behavior in an ultrahigh-strength Mn–Si–Cr–C steel / P. Zhao, B. Zhang, C. Cheng [etc.] // Materials Science and Engineering: A. – 2015. – vol. 645. – P. 116-121.

36. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921509315302483

37. Santigopal S. Development of multiphase microstructure with bainite, mart-ensite and retained austenite in a Co-containing steel through quenching and partitioning (Q&P) treatment / S. Santigopal, D. Sourav, Ch. Debalay [etc.] // Metallurgical and Materials Transactions. – 2013. – vol. 13. – P. 5653-5664.

38. https://link.springer.com/article/10.1007/s11661-013-1929-y

39. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. / А.П. Гуляев. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.

40. Шмыков А.А. Справочник термиста / А.А. Шмыков. – М.: Машгиз, 1961. – 392 с.