Technological Properties and Applications of High-Carbon Nanobainitic Steels

• Autorzy: Węglowski M. S. , Marcisz J. , Garbarz B.

Identyfikatory

DOI

10.17729/ebis.2018.3/3

Warianty tytułu

PL

Właściwości technologiczne i zastosowania wysokowęglowych stali nanobainitycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Steels belong to the most popular structural materials. Depending on their chemical compositions and applied heat or thermo-mechanical treatment, steels are characterised by various microstructures as well as diverse mechanical and functional properties. Recent years have seen the significant development related to the design of chemical compositions and manufacturing technologies used in the production of nanostructural steels. The article describes the methods used when manufacturing nanostructural steels and presents characteristics of selected i.e. high-strength nanobainitic steels in terms of their microstructure as well as mechanical and functional properties. The second part of the article is concerned with the present and prospective applications of nanobainitic steel products as well as summarises information found in related reference publications regarding the above-named steels.

PL

Stal należy do najczęściej stosowanych materiałów konstrukcyjnych i w zależności od składu chemicznego oraz obróbki cieplnej lub obróbki cieplno-plastycznej (termomechanicznej) charakteryzuje się różnymi typami mikrostruktury oraz różnym poziomem właściwości mechanicznych i użytkowych. W ostatnich latach nastąpił znaczny rozwój w zakresie projektowania składu chemicznego i technologii wytwarzania stali nanostrukturalnych. W artykule opisano sposoby wytwarzania stali nanostrukturalnych oraz przedstawiono charakterystyki wybranej klasy stali nanostrukturalnych - wysokowytrzymałych stali nanobainitycznych, w zakresie budowy mikrostrukturalnej oraz właściwości mechanicznych i użytkowych. W drugiej części artykułu podano obecne i perspektywiczne zastosowania wyrobów ze stali nanobanitycznych oraz podsumowano doniesienia literaturowe dotyczące technologii spawania tych stali.

Słowa kluczowe

EN

high-carbin nanobainitic steel; nanostructural steel; mechanical properties of steel

PL

stal nanobainityczna; stal nanostrukturalna; właściwości mechaniczne stali

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 62, No. 3
• Strony: 29--43
• Opis fizyczny: Bibliogr. 48 poz., rys., wykr., fot., tab.

Twórcy

autor

Węglowski M. S.

• Instytut Spawalnictwa, Testing of Materials Weldability and Welded Constructions Department

autor

Marcisz J.

• Instytut Metalurgii Żelaza (Institute for Ferrous Metallurgy), epartment of Manufacturing Technology and Application of Products

autor

Garbarz B.

• Instytut Metalurgii Żelaza (Institute for Ferrous Metallurgy), epartment of Manufacturing Technology and Application of Products

Bibliografia

• [1] Brózda J., Jachym R., Kwieciński K., Łomozik M., Węglowski M.St.: Stale konstrukcyjne i ich spawalność. Script –training materials, Instytut Spawalnictwa, Gliwice 2017.
• [2] Garbarz B., Marcisz J., Burian W.: Ultrawysokowytrzymałe stale o strukturze nanokrystalicznej. NANOTECHNOLOGIA-PL, 2010, conference materials. http://science24.com/paper/23291
• [3] Garbarz B.: Granice rozwoju materiałów konstrukcyjnych na bazie żelaza. Prace Instytutu Metalurgii Żelaza, 2010, vol. 62, no. 1, pp. 14-21.
• [4] Brenner S.S.: The growth of whiskers by the reduction of metal salts. Acta Metallurgica, vol. 4, 1956, pp. 62-74. https://doi.org/10.1016/0001-6160(56)90111-0
• [5] Bhadeshia H.K.D.H., Harada H.: High strength (5GPa) steel wire: an atom –probe study. Applied Surface Science, 1993, vol. 67, no. 1-4, 328-333. http://dx.doi.org/10.1016/0169-4332(93)90334-8
• [6] Takaki S.: Review on the Hall-Petch Relation in Ferritic Steel. Materials Science Forum, 2010, vol. 654-656, 11-16. http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.654-656.11
• [7] Garbarz B.: Perspektywy rozwoju technologii wytwarzania i zastosowań wyrobów z ultrawytrzymałych stali nanobaintycznych. Prace Instytutu Metalurgii Żelaza, 2015, vol. 67, no. 2, pp. 65-79.
• [8] Bhadhesia H.K.D.H.: Nanostructured bainite. Proceedings of the Royal Society A, 2010, vol. 466, pp. 3-18. https://doi.org/10.1098/rspa.2009.0407
• [9] Burian W., Garbarz B.: Metody otrzymywania nanostruktur w metalach i stopach oraz mechanizmy odkształcenia plastycznego stopów nanostrukturalnych. Prace Instytutu Metalurgii Żelaza, vol. 61, no. 1, 2009, pp. 1-8.
• [10] Howe A.: Industry prospective on ultrafine grained steels. Materials Science and Technology, 2009, t. 25, no. 7, pp. 815-819. https://doi.org/10.1179/174328409X441247
• [11] Qiu H., Ohmori A., Hagiwara Y.: Mechanical Properties of Welded Joints of 780 MPa Grade Ultra-fine Grained Steels. The Iron and Steel Institute of Japan International, 2003, vol. 43, no. 12, pp. 2046-2053. https://doi.org/10.2355/isijinternational.43.2046
• [12] Priestner R., Ibraheem A. K.: Processing of steel for ultrafine ferrite grain structures. Materials Science and Technology, 2000, vol. 16, pp. 1267- 1272. https://doi.org/10.1179/026708300101507497
• [13] Caballero F. G., Bhadeshia H. K. D. H., Mawella K. J. A., Jones D. G., Brown P.: Very strong low temperature bainite. Materials Science and Technology, 2002, vol. 18, pp. 279-284. https://doi.org/10.1179/026708301225000725
• [14] Garcia-Mateo C., Caballero F. G., Bhadeshia H. K. D. H.: Development of Hard Bainite. The Iron and Steel Institute of Japan International, 2003, vol. 43, no. 8, pp. 1238-1243. https://doi.org/10.2355/isijinternational.43.1238
• [15] Garcia-Mateo C., Caballero F. G., Bhadeshia H. K. D. H.: Acceleration of Low-temperature Bainite. The Iron and Steel Institute of Japan International, 2003, vol. 43, no. 11, pp. 1821-1825. https://doi.org/10.2355/isijinternational.43.1821
• [16] Caballero F.G., Bhadeshia H.K.D.H.: Very strong bainite. Current Opinion in Solid State and Materials Science, 2004, tom 8, no. 3-4, pp. 251-257. https://doi.org/10.1016/j.cossms.2004.09.005
• [17] Wenyan L., Jingxin Q., Hesheng S.: Fatigue crack growth behaviour of a Si-Mn steel with carbide-free lathy bainite. Journal of Materials Science, 1997, vol. 32, no. 2, pp. 427-430. https://doi.org/10.1023/A:1018565702991
• [18] Wu K.M., Bhadeshia H.K.D.H.: Extremely Fine Pearlite by Continuous Cooling Transformation. Scripta Materialia, 2012, vol. 67, 2012, pp. 53-56. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2012.03.019
• [19] Bakshi S.D., Leiro A., Prakash B., Bhadeshia H.K.D.H.: Dry rolling/sliding wear of nanostructured pearlite. Materials Science Technology, 2015, vol. 31, no. 14, pp. 1735-1744. https://doi.org/10.1179/1743284714Y.0000000751
• [20] Wang X.D., Zhong N., Rong Y.H., Hsu T.Y.: Novel ultrahigh-strength nanolath martensitic steel by quenching-partitioning-tempering process. Journal of Materials Research, 2009, vol. 24, no. 1, pp. 260-267. https://doi.org/10.1557/JMR.2009.0029
• [21] Hu F., Wu K.M., Misra R.D.K.: Nanostructured martensiteaustenite dual phase steels. Materials Science Technology, 2012, vol. 28, pp. 1314-1319. https://doi.org/10.1179/1743284712Y.0000000068
• [22] Timokhina I.B., Beladi H. et al.: Nanoscale microstructural characterization of a nanobainitic steel. Acta Materialia, 2011, vol. 59, pp. 5511–5522. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.05.024
• [23] Mateo C.G., Caballero F. G.: The Role of Retained Austenite on Tensile Properties of Steels with Bainitic Microstructures. Materials Transactions, 2005, vol. 46, no. 8, pp. 1839-1846. https://doi.org/10.2320/matertrans.46.1839
• [24] Fang K., Yang J.G. i inni.: Acceleration of regeneration treatment for nanostructured bainitic steel by rotary impacting trailed welding. Journal of Materials Processing Technology, 2014, vol. 214, 2935–2940. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.06.024
• [25] Fang K., Yang J.G. et al.: Microstructure and Mechanical Properties of Nanostructured Bainite Weld with Regeneration. Metals and Materials International, 2014, vol. 20, no. 5, 2014, pp. 923-928. https://doi.org/10.1007/s12540-014-5018-6
• [26] Fang K., Yang J.G. et al.: Regeneration Technique for Welding Nanostructured Bainite. Materials and Design, 2013, vol. 50, pp. 38-43. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.02.019
• [27] Garbarz B., Niżnik B., Zalecki W.: Opracowanie podstaw technologii obróbki cieplnej ultrawytrzymałej stali konstrukcyjnej w celu wytworzenia trójfazowej struktury nanokompozytowej o zwiększonej odporności na pękanie w stosunku do poziomu osiąganego obecnie. Sprawozdanie IMŻ no. S0 0835, 2013.
• [28] Garbarz B., Niżnik-Harańczyk B.: Modification of microstructure to increase impact toughness of nanostructured bainite–austenite steel. Materials Science and Technology, 2015, vol. 31, no. 7, pp. 773-780. https://doi.org/10.1179/1743284714Y.0000000675
• [29] Garbarz B., Niżnik-Harańczyk B.: Eksperymentalna weryfikacja możliwości zastosowania nanostrukturalnej stali bainityczna-austenitycznej do wytwarzania odkuwek matrycowych. Prace IMŻ, 2015, vol. 67, no. 1, pp. 1-9.
• [30] Garcia-Mateo C., Sourmail T. et al.: Nanostructured steel industrialisation: plausible reality. Materials Science and Technology, 2014, vol. 30, no. 9, pp. 1071-1078. https://doi.org/10.1179/1743284713Y.0000000428
• [31] Sourmail T., Caballero F.G., Garcia-Mateo C. et al.: Evaluation of potential of high Si high C steel nanostructured bainite for wear and fatigue applications. Materials Science and Technology, 2013, vol. 29, no. 10, pp. 1166-1173. https://doi.org/10.1179/1743284713Y.0000000242
• [32] Garbarz B., Marcisz J., Burian W.: Technological peculiarities of manufacturing nanobainitic steel plates. METEC, 2015, Düsseldorf, 15 – 19, June 2015.
• [33] Understanding basic mechanism to optimize and predict in service properties of nanobainitic steels (MECBAIN). Final report. Research Fund for Coal and Steel.
• [34] Burian W., Marcisz J., Garbarz B., Starczewski L.: Nanostructured bainite-austenite steel for armours construction. Archives of Metallurgy and Materials, 2014, vol. 59, no. 3, pp. 1211-1216. https://doi.org/10.2478/amm-2014-0210
• [35] Marcisz J., Burian W., Stępień J. et al.: Static, dynamic and ballistic properties of bainite-austenite steel for armours. 28th International Symposium on Ballistics, 2014, Atlanta, USA, pp. 1348 – 1361.
• [36] STANAG 4569 „Procedures for evaluating the protection levels of logistic and light armoured vehicles for KE and artillery threat”.
• [37] Mason D., Ozberk E. et al.: Corrosion resistance of nanobainitic steel. Australasian Corrosion Association (ACA) Conference, Adelaide, Australia, 2010.
• [38] https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=16203.php
• [39] Bhadeshia, H. K. D. H.: Hard bainite. Solid–solid phase transformations, 2005, vol. 1, pp. 469–484.
• [40] Yang, H.S., Bhadeshia H.K.D.H.: Designing low-carbon, low-temperature bainite. Materials Science Technology, 2008, vol. 24, pp. 335–342. https://doi.org/10.1179/174328408X275982
• [41] Keehan, E., Karlsson, L., Andrén, H.O.: Influence of C, Mn and Ni on strong steel weld metals: part 1, effect of nickel. Science Technology Welding and Joining, 2006, vol. 11, pp. 1–8. https://doi.org/10.1179/174329306X77830
• [42] Pak J. H., Bhadeshia H.K.D.H., Karlsson L., Keehan E.: Coalesced bainite by isothermal transformation of reheated weld metal. Science Technology Welding and Joining. 2008, vol. 13, pp. 593–597. https://doi.org/10.1179/ 136217108X338926
• [43] Tasak E.: Spawalność stali. Fotobit, Kraków, 2002.
• [44] Fang K, Yang J et al.: Review of Nanobainite Steel Welding. Advanced Materials Research, 2012, vol. 482-484, pp. 2405-2408. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.482-484.2405
• [45] Bhadeshia H.K.D.H., Lord M., Svensson L.E.: Silicon–Rich Bainitic Steel Welds. Proceedings of International Conference: Joining & Welding Solutions to Industrial Problems, JWRI, Osaka University, 2003, pp. 43-52.
• [46] Ranatowski E.: Użyteczność obliczeniowej mechaniki spawania w procesie kształtowania technologii. Advances in Materials Science, 2008, vol. 8, no. 2, pp. 61-68. https://doi.org/10.2478/v10077-008-0032-3
• [47] Yuan L., Li Z.G., Huang J.: Microstructure and Properties of Laser Cladded Nanostructured Bainite Coatings. China Surface Engineering, 2011, vol. 24, no. 1, pp. 40-44.
• [48] Hong S.G.: Effects of post weld rapid heat treatment on microstructural evolution in high-carbon bainitic steel weld. In: 63rd Annual Assembly & International Conference of the International Institute of Welding, Istanbul, Turkey, 11-17 July, 2010.

Uwagi

PL

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