Wysokowytrzymałe niskostopowe stale na odkuwki matrycowe chłodzone w sposób regulowany bezpośrednio po kuciu

Garbarz, B.; Żak, A.; Walnik, B.; Zalecki, W.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Wysokowytrzymałe niskostopowe stale na odkuwki matrycowe chłodzone w sposób regulowany bezpośrednio po kuciu

Autorzy

Garbarz B. , Żak A. , Walnik B. , Zalecki W.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

garbarz_zak_walnik_zalecki_wysokowytrzymale_4_2017.pdf

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

High strength low alloy steels for closed die forgings subjected to controlled cooling directly after forging process

Języki publikacji

Abstrakty

Artykuł zawiera wyniki badań eksperymentalnych, których celem był dobór składu chemicznego stali i opracowanie parametrów chłodzenia bezpośrednio po kuciu, zapewniających uzyskanie wysokiej wytrzymałości oraz dobrej plastyczności i udarności odkuwek matrycowych o średnicy /grubości do ok. 50 mm. Eksperymentalne stale poddano badaniom hartowności, opracowano diagramy przemian fazowych CTPc, wykonano symulacje obróbek cieplnoplastycznych, przeprowadzono badania mikro-strukturalne i dla wybranych wariantów obróbki zmierzono właściwości mechaniczne. Wykazano, że uzyskanie wysokiej udarności KVCharpyV/+20℃ na poziomie 170 J przy wytrzymałości powyżej 1000 MPa umożliwia stal zawierająca 0,1%C, 1,8%Mn, 0,4%Cr, o strukturze bainityczno-martenzytycznej składającej się z ok. 70% bainitu i ok. 30% martenzytu listwowego. Otrzymanie bardzo wysokiej wytrzymałości powyżej 1400 MPa i udarności KVCharpyV/+20℃ minimum 60 J jest możliwe dla stali zawierającej 0,2%C, 1,5%Mn, 0,4%Cr, 0,3%Mo, o mikrostrukturze martenzytyczno-bainitycznej składającej się z 50% lub nieco większej ilości martenzytu listwowego i 50% lub nieco mniejszej ilości bainitu.

The paper presents results of experimental investigation aimed at selection of chemical composition of steel and development of parameters of cooling directly after forging allowing to obtain high strength and good plasticity and impact toughness of closed die forgings with diameter/thickness up to 50 mm. The experimental steels were characterised by assessment of the hardenability, developing of CCT phase diagrams, the effects of thermomechanical treatments and - for chosen variants - measurements of mechanical properties and description of microstructure. It was shown that high impact toughness KVCharpyV/+20℃ at the level of 170 J and strength over 1000 MPa are possible to obtain for steel containing 0.1%C, 1.8%Mn, 0.4%Cr, with bainitic-martensitic microstructure comprising ca 70% of bainite and ca 30% of lath martensite. A very high strength over 1400 MPa and impact toughness KVCharpyV/+20℃ minimum of 60 J can be obtained for steel containing 0.2%C, 1.5%Mn, 0.4%Cr, 0.3%Mo, with martensitic-bainitic microstructure comprising 50% or some more of lath martensite and 50% or little less of bainite.

Słowa kluczowe

odkuwka matrycowa stal wysokowytrzymała regulowane chłodzenie odkształcenie na gorąco przemiany fazowe właściwości mechaniczne mikrostruktura

closed die forging high-strength steel controlled cooling hot deformation phase transformations mechanical properties microstructure

Wydawca

Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica

Czasopismo

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

Rocznik

2017

Tom

T. 69, nr 4

Strony

19--33

Opis fizyczny

Bibliogr. 33 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Garbarz B.

bgarbarz@imz.pl

Instytut Metalurgii Żelaza im. St. Staszica w Gliwicach

autor

Żak A.

Instytut Metalurgii Żelaza im. St. Staszica w Gliwicach

autor

Walnik B.

Instytut Metalurgii Żelaza im. St. Staszica w Gliwicach

autor

Zalecki W.

Instytut Metalurgii Żelaza im. St. Staszica w Gliwicach

Bibliografia

1. S. Engineer, A. Steinen, Mikrolegierte perlitische Stähle mit verbesserter Zähigkeit, „Thyssen Edelstahl Technische Berichte” 6 (1980) 85-89.
2. B. Garbarz, Stale mikrostopowe przeznaczone na wyroby kute, „Prace Instytutu Metalurgii Żelaza” 43 (3-4) (1991) 23-41.
3. Fundamentals and Application of Microalloyed Forging Steels, Eds.: C.J. Tyne, G. Krauss, D.K. Matlock, TMS (Minerals, Metals & Materials Society), Warrendale, PA, 1996.
4. M. Korchynsky, J.R. Paules, Microalloyed Forging Steels – a State of the Art. Review, SAE Technical Paper No 890801, Warrendale, PA, 1989.
5. R. Lagneborg, Optimization of microalloyed ferrite-pearlite forming steel, Proc. Int. Symposium, Eds.: M. Korchynsky, S. Gorczyca, M. Blicharski, SITPH, STRATCOR, Kraków 1990, 177-192.
6. H. Takada, Y. Koyasu, Present Status and Future Outlook of Microalloyed Forging Steels, „Nippon Steel Technical Report” 64 January (1995) 7-12.
7. Y. Li and D.J. Milbourn, Vanadium Microalloyed Forging Steel, Proc. 2nd Int. Symp. on Automobile Steel, 2013, Anshan, China, 47-54.
8. Y.S. Ko, J.W. Park, H. Park, J.D. Lim, D.K. Matlock, Application of High Strength Microalloyed Steel in a New Automotive Crankshaft, New Developments in Long and Forged Products Proceedings, PR-292-002, AIST, Warrendale, PA 15086-7528 USA (2006).
9. C.J. van Tyne, D.K. Matlock, J.G. Speer, Microalloyed Forging Steels, Colorado School of Mines, International Forging Congress – IFC (2008) 189-197.
10. A.J. DeArdo, C.I. Garcia, M. Hua, Microalloyed steels for high-strength forgings, „La Metallurgia Italiana” (9) (2010) 5-10.
11. P. Skubisz, H. Adrian, J. Sińczak, Controlled cooling of drop forged microalloyed steel Automotive crankshaft, „Arch. Metall. Mater.” 56 (2011) 93-107.
12. P.R. Spena, D. Firrao, Thermomechanical warm forming of Ti-V, Ti-Nb, and Ti-B microalloyed medium carbon steel, „Mater. Sci. Eng.” A 560 (2013) 208-215.
13. L.M. Rothleutner, R. Cryderman, C.J. van Tyne, Influence of Temperature and Holding Time on the Interaction of V, Al, and N in Microalloyed Forging Steels, „Metall. Mater. Trans.” 45 A (2014) 4594-4609.
14. P. Skubisz, Ł. Lisiecki, P. Micek, Effect of direct cooling conditions on characteristics of drop forged Ti+V+B microalloy steel, „Procedia Manufacturing” 2 (2015) 428-433.
15. M. Opiela, A. Grajcar, K. Gołombek, The influence of hot-working conditions on the structure and mechanical properties of forged products of microalloyed steel, „Arch. Mater. Sci. Eng.” 59 (1) (2013) 28-39.
16. D.K. Matlock, G. Krauss, J.G. Speer, Microstructures and properties of direct-cooled microalloy steel, „J. Mater. Proc. Technol.” 117 (2001) 324-328.
17. C. Keul, V. Wirths, W. Bleck, New bainitic steel for forgings, Archives of Civil and Mech. Eng. 12 (2012) 119-125.
18. B. Buchmayr, Critical Assessment 22: bainitic forging steel, „Mater. Sc. Technol.” 32 (2016) 517-522.
19. L. Elek, R. Wagener, H. Kaufmann, V. Wirths, T. Melz, New Bainitic Steel for cyclic loaded safety parts with improved cyclic material behaviour, „Procedia Engineering” 101 (2015) 151-158.
20. V.D. Shinde, A.K. Chakrabarti, K.K. Ray, A study on multiple microalloyed forging grade steel, „Steel Research” 73 (11) (2002) 491-497.
21. P. Skubisz, A. Żak, M. Burdek, Ł. Lisiecki, . Micek, Design of controlled processing conditions for drop forgings made of microalloy steel grades for mining industry, „Archives Metall. Mater.” 60 (2015) 445-453.
22. A. Bhattacharya, S. Sangal, Evolution of bainitic microstructure in vanadium bearing micro-alloyed steel with two-step cooling, „Mater. Sci. Technol.” 32 (12) (2016) 1296-1301.
23. www.imz.pl: Walcarka do walcowania na gorąco wraz z urządzeniami do obróbki cieplnoplastycznej (moduł B-LPS).
24. M.A. Grossmann, Hardenability Calculated from Chemical Composition, „Trans. AIME” 150 (1942) 227-255.
25. B. Garbarz, Hartowność stali niskostopowych, „Prace Instytutu Metalurgii Żelaza” 40 (3-4) (1988).
26. H. Adrian, Numeryczne modelowanie procesów obróbki cieplnej, Wydawnictwa AGH (2011).
27. Stahl-Eisen-Prüfblatt. 1681, Guidelines for preparation, execution and evaluation of dilatometric transformation test on iron alloys, STAHL-EISEN-Prüfblätter (SEP) des Vereins Deutscher Ei-senhüttenleute, 2nd edition (1998).
28. Standard Practice for Quantitative Measurement and Reporting of Hypoeutectoid Carbon and Low-Alloy Steel Phase Transformations, ASTM Committee A01 on Steel, Stainless Steel and Related Alloys (2004).
29. Procedura 2-BT: Badania dylatometryczne przemian fazowych materiałów metalicznych, Instytut Metalurgii Żelaza, wyd. III (2005).
30. D.A. Olivier, Proposed new criteria of ductility from a new law connecting the percentage elongation with size of test piece, „Proc. Inst. Mech. Eng.” 2 (1928) 827-864.
31. D.N. Hanlon, S.M.C. van Bohemen, S. Celotto, Critical Assessment: Tensile elongation of strong automotive steels as function of testpiece geometry, „Mater. Sci. Technol.” 31 (2015) 385-388.
32. NIST – National Institute of Standards and Technology, U.S. Department of Commerce, Special Publication 260-180 (July 2013).
33. B. Garbarz, A. Żak, B. Walnik, Sprawozdania IMŻ nr PB 0003-04 – cz. 1 / nr PB 0003-05 – cz. 1, grudzień 2014 oraz nr PB 0003-04 – cz. 2, kwiecień 2015.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018)

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-1b2bfedc-3ef4-4aae-8395-4b3ac7277c18