Przemysłowa technologia wytwarzania blach arkuszowych z ultrawytrzymałej stali nanobainitycznej

• Autorzy: Garbarz Bogdan , Marcisz Jarosław , Żółkiewski Krzysztof , Lubowiecki Paweł , Nowak Bogusław , Smoleń Marek , Skurczyński Marcin

Identyfikatory

DOI

10.32730/imz.2657-747.20.2.1

Warianty tytułu

EN

Industrial technology of manufacturing ultra-strength nanobainitic steel plates

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Gatunki stali nanobainitycznych są nowym materiałem konstrukcyjnym o wytrzymałości w zakresie 1,9-2,2 GPa i jednocześnie charakteryzującym się dobrą plastycznością. Obecnie prace nad rozwojem stali nanobainitycznych w Łukasiewicz - IMŻ weszły w fazę komercjalizacji. Jednym z głównych zastosowań ultrawytrzymałych blach ze stali nanobainitycznych są systemy opancerzenia. W celu zoptymalizowania parametrów procesu produkcji blach ze stali nanobainitycznej wykonano badania mikrostruktury i pomiary właściwości mechanicznych na pośrednich etapach wytwarzania i po finalnej obróbce cieplnej. Dokonano oceny rezultatów przemysłowych operacji wytwarzania stali i blach obejmujących: wytapianie i odlewanie do wlewnic, przygotowanie wsadu do walcowania, walcowanie na gorąco, wykonanie arkuszy oraz pośrednią i finalną obróbkę cieplną. Zidentyfikowano krytyczne operacje technologiczne mogące wpływać negatywnie na jakość i właściwości użytkowe arkuszy blach. Sformułowano kierunki modyfikacji technologii, które zmniejszają lub eliminują zagrożenia pogorszenia właściwości blach.

EN

Nanobainitic steel grades are a new construction material with a strength in the range of 1.9-2.2 GPa, at the same time characterised by good plasticity. Currently, the works on the development of nanobainitic steels at Łukasiewicz - IMŻ have entered the commercialisation phase. One of the main applications of ultra-strength nanobainitic steel plates is armour systems. In order to optimise the parameters of the production process of nanobainitic steel plates, microstructure examination and measurement of mechanical properties were carried out at intermediate stages of production and after final heat treatment. The results of industrial steel and plate production operations were assessed, including smelting and casting into ingot moulds, preparation of the rolling mill charge, hot rolling, plate production as well as intermediate and final heat treatment. Critical technological operations that may adversely affect the quality and performance of plates were identified. The directions for technology modification that reduce or eliminate threats of plate deterioration were formulated.

Słowa kluczowe

PL

ultrawytrzymała stal konstrukcyjna; nanobainit; blacha arkuszowa; wytwarzanie; przemiany fazowe; mikrostruktura; właściwości mechaniczne

EN

ultra-strength structural steel; nanobainite; manufacturing of plates; phase transformations; microstructure; mechanical properties

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukaszewicz - Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica
• Czasopismo: Journal of Metallic Materials
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 72, no. 2
• Strony: 2--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Garbarz Bogdan

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Metalurgii Żelaza

autor

Marcisz Jarosław

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Metalurgii Żelaza

autor

Żółkiewski Krzysztof

• ALCHEMIA S.A.

autor

Lubowiecki Paweł

• ALCHEMIA S.A.

autor

Nowak Bogusław

• ALCHEMIA S.A.

autor

Smoleń Marek

• Walcownia Blach Batory Sp. z o.o.

autor

Skurczyński Marcin

• HEATMASTERS Poland Sp. z o.o

Bibliografia

• [1] F.G. Caballero, H.K.D.H. Bhadeshia, K.J.A. Mawella, D.G. Jones, P. Brown. Very strong low temperature bainite. Mater. Sci. Technol., 2002, 18 (3), s. 279-284.
• [2] C. Garcia-Mateo, F.G. Caballero, H.K.D.H. Bhadeshia. Development of Hard Bainite. ISIJ Int., 2003, 43 (11), s. 1238-1243.
• [3] C. Garcia-Mateo, F.G. Caballero, H.K.D.H. Bhadeshia. Acceleration of Low-temperature Bainite. ISIJ Int., 2003, 43 (11), s. 1821-1825.
• [4] F.G. Caballero, H.K.D.H. Bhadeshia. Very strong bainite. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci., 2004, 8, s. 251-257.
• [5] L. Wenyan, Q. Jingxin, S. Hesheng. Fatigue crack growth behaviour of a Si-Mn steel with carbide-free lathy bainite. Journal of Mater. Sci., 1997, 32, s. 427-430.
• [6] L.C. Chang, H.K.D.H. Bhadeshia. Austenite films in bainitic microstructures. Mater. Sci. Technol., 1995 (11), s. 874-881.
• [7] Łukasiewicz - IMŻ. Walcarka do walcowania na gorąco wraz z urządzeniami do obróbki cieplnoplastycznej (moduł B-LPS). [Online] Dostępny z: www.imz.pl [Dostęp 18.02.2020].
• [8] Sprawozdania IMŻ z zadań w projekcie badawczym rozwojowym N R07 0008 04/2008/NCBR (PR 0015) Opracowanie podstaw przemysłowych technologii kształtowania struktury i właściwości wyrobów z metali i stopów z wykorzystaniem symulacji fizycznej i numerycznej, zrealizowany w okresie 1.06.2008 - 31.05.2011 przez IMŻ (koordynator i główny wykonawca), Wydział IMiIP AGH, Wydział IPMiFS Pol. Cz., Wydział IMiM Pol. Śl. i Wydział IM PW [nieopublikowane].
• [9] Sprawozdania IMŻ z zadań w projekcie badawczym rozwojowym UDA-POIG.01.03.01-00-042/08-05/OPI Technologie wytwarzania supertwardych materiałów nanostrukturalnych ze stopów żelaza oraz ich zastosowanie w pancerzach pasywnych i pasywno-reaktywnych zrealizowany w okresie 1.02.2009 - 31.08.2013 przez IMŻ (lider konsorcjum) oraz WITU (członek konsorcjum) [nieopublikowane].
• [10]B. Garbarz, W. Burian. Stal bainityczno-austenityczna i sposób wytwarzania z tej stali blach. Zgłoszenie patentowe nr P. 394037 25 lutego 2011.
• [11] B. Garbarz, W. Burian. Microstructure and properties of nanoduplex bainite-austenite steel for ultra-high-strength plates. Steel Research Int., 2014, 85 (12), s. 1620-1628.
• [12] B. Garbarz, B. Niżnik-Harańczyk. Modification of microstructure to increase impact toughness of nanostructured bainite-austenite steel. Mat. Sc. Technol., 2015, 31 (7), s. 773-780.
• [13] B. Garbarz. Perspektywy rozwoju technologii wytwarzania i zastosowań wyrobów z ultrawytrzymałych stali nanobainitycznych. Prace IMŻ, 2015, 67 (2), s. 65-79.
• [14] B. Garbarz, J. Marcisz, W. Burian. Technological peculiarities of manufacturing nanobainitic steel plates. W: Proceedings of the METEC&ESTAD Conference. CD, Düsseldorf, 15-19 czerwca 2015, s. 1-9.
• [15] J. Marcisz, W. Burian, J. Stępień, L. Starczewski, M. Wnuk, J. Janiszewski. Static, dynamic and ballistic properties of bainite-austenite steel for armours. W: 28th International Symposium on Ballistics. Atlanta, USA, 2014, s. 1348-1361.
• [16] W. Burian, J. Marcisz, B. Garbarz, L. Starczewski. Nanostructured bainite-austenite steel for armours construction. Archives of Metallurgy and Materials, 2014, 59 (3), s. 1211-1216.
• [17] J. Marcisz, J. Janiszewski, W. Burian, B. Garbarz, J. Stępień, L. Starczewski. Badania właściwości dynamicznych wysokowytrzymałej stali nanostrukturalnej. Prace IMŻ, 2015, 67 (2), s. 96-105.
• [18] J. Marcisz. Statyczne i dynamiczne właściwości mechaniczne oraz mikrostruktura stali bainitycznych nanostrukturalnych. Gliwice, Instytut Metalurgii Żelaza, Monografia nr 11, 2018.
• [19] Sprawozdania IMŻ z zadań w projekcie badawczym aplikacyjnym nr POIR.04.01.04.-00-0047/16 Opracowanie technologii produkcji lekkiego kontenera obserwacyjno-obronnego (LOOK) ze stali nanostrukturalnych ultra wytrzymałych, realizowanym w okresie 2017-2020 przez Łukasiewicz - IMŻ we współpracy konsorcyjnej z WITPIS i z partnerami przemysłowymi [nieopublikowane].
• [20] B. Garbarz. Struktura wlewków ciągłych ze stali niestopowych i niskostopowych oraz jej ewolucja w wyniku przeróbki plastycznej na gorąco. Prace IMŻ, 2018, 70 (4), s. 1-22.
• [21] A. Paul, S. Divinski (Editors). Handbook of solid state diffusion. Vol. 2. Amsterdam: Elsevier, 2017.
• [22] S.A. Khan, H.K.D.H. Bhadeshia. The bainite transformation in chemically heterogeneous 300M high-strength steel. Met. Trans. A, 1990, 21 (3), s. 859-875.
• [23] S. Choi, S. van der Zwaag. Prediction of Decarburized Ferrite Depth of Hypoeutectoid Steel with Simultaneous Oxidation. ISIJ Int., 2012, 52 (4), s. 549-558.
• [24] F. Zhao, C. L. Zhang, Y. Z. Liu. Ferrite decarburization of high silicon spring steel in three temperature ranges. Arch. Metall. Mater., 2016, 61 (3), s. 1715-1722.
• [25] B. Garbarz, B. Niżnik-Harańczyk. Eksperymentalna weryfikacja możliwości zastosowania nanostrukturalnej stali bainityczno-austenitycznej do wytwarzania odkuwek matrycowych. Prace IMŻ, 2015, 67 (1), s. 5-13.
• [26] B. Garbarz, B. Niżnik, W. Zalecki. 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 nr S0-0835, 2013 [nieopublikowane].
• [27] C.Y. Kung, J.J. Rayment. An Examination of the Validity of Existing Empirical Formulae for the Calculation of MS Temperature. Metall. Trans., 1982, 13A, s. 328-331.
• [28] K.W. Andrews. Empirical formulae for the calculation of some transformation temperatures. J. Iron Steel Inst., 1965, 203, s. 721-729.
• [29] T. Kasuya, Y. Hashiba. Carbon Equivalent to Assess Hardenability of Steel and Prediction of HAZ Hardness Distribution. Nippon Steel Technical Report, 2007, 95 (January), s. 53-61.
• [30] J. Marcisz, B. Garbarz, J. Stępień, T. Tomczak, L. Starczewski, R. Nyc, M. Gmitrzuk, M. Gołuński. Protective effectiveness of armour made of nanobainitic steel. Journal of Metallic Materials, 2020, 72 (1), s. 21-38.
• [31] T. Fukugawa, H. Okada, Y. Maehara. Mechanism of Red Scale Formation in Si-added Hot-rolled Steel Sheets. ISIJ Int., 1994, 34 (11), s. 906-911.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).