Perspektywy rozwoju technologii wytwarzania i zastosowań wyrobów z ultrawytrzymałych stali nanobainitycznych

Garbarz, B.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Perspektywy rozwoju technologii wytwarzania i zastosowań wyrobów z ultrawytrzymałych stali nanobainitycznych

Autorzy

Garbarz B.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Prospects for progress in the manufacturing technologies and applications of ultra-strength nanobainitic steel products

Języki publikacji

Abstrakty

Opisano i zilustrowano wynikami badań, morfologiczne cechy struktury i charakterystyki mechaniczne grupy gatunkowej stali nanobainitycznych, do której należą nanostrukturalne stale dwufazowe bainityczno-austenityczne i trójfazowe bainityczno-austenityczno-martenzytyczne. Przedstawiono wyniki badań wpływu procesów zachodzących w badanych stalach w trakcie wytwarzania, takich jak segregacja międzydendrytyczna pierwiastków stopowych powstająca w wyniku krzepnięcia, odwęglenie w wyniku wysokotemperaturowych obróbek cieplnych, skłonność do pękania w trakcie chłodzenia z zakresu trwałości austenitu - na strukturę i właściwości półwyrobów i wyrobów. Zaproponowano metody zmniejszenia niepożądanych skutków wymienionych procesów. Na podstawie dostępnych źródeł informacji przedstawiono aktualny stan komercjalizacji gatunków stali nanobainitycznych w świecie oraz działania Instytutu Metalurgii Żelaza mające na celu wdrożenie wyników zrealizowanych projektów dotyczących tej nowej klasy stali konstrukcyjnych, na tle konkurencji z obecnie stosowanymi gatunkami ultrawytrzymałymi, głównie ze stalami stopowymi ulepszanymi cieplnie.

Morphological features of microstructure and mechanical characteristics of nanobainitic steel grades, comprising dual phase bainite-austenite and triple phase bainite-austenite-martensite nanostructured steels, were described and exemplified by research outputs. Results of investigation of the influence of processes occurring in the investigated steels during manufacturing - such as interdendritic segregation of alloying elements arising as the effect of solidification, decarburisation caused by high temperature heat treatments, propensity to cracking due to cooling from the austenite temperature range - on microstructure and properties of the semi-products and products were presented. Methods for reducing the adverse infl uence of the mentioned processes were proposed. Based on available information the current status of commercialisation of nanobainitic steels in the world and activities of Instytut Metalurgii Żelaza aimed at application of the results of the accomplished projects concerning this new structural steels were presented, taking into account the competition with the ultra-strength steel grades currently used, mainly with the quenched and tempered grades.

Słowa kluczowe

stal nanostrukturalna stal ultrawytrzymała nanobainit technologia wytwarzania zastosowanie

nanostructured steel ultra-strength steel nanobainite manufacturing technology application

Wydawca

Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica

Czasopismo

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

Rocznik

2015

Tom

T. 67, nr 2

Strony

65--79

Opis fizyczny

Bibliogr. 54 poz., rys., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Garbarz B.

Instytut Metalurgii Żelaza

Bibliografia

1. Gleiter H.: ”Nanostructured materials: basic concepts and microstructure”, Acta Materialia, 2000, 48, no 1, 1-29
2. Bhadeshia H. K. D. H.: „Nanostructured bainite”, Proc. R. Soc. A, 2010, 466, (2113), 3-18
3. Bhadeshia H. K. D. H.: ”The first bulk nanostructured metal”, Sci. Technol. Adv. Mater., 2013, 14, 014202
4. Burian W., Garbarz B.: ”Metody otrzymywania nanostruktur w metalach i stopach oraz mechanizmy odkształcenia plastycznego stopów nanostrukturalnych”, Prace IMŻ, 2009, 61, 1-8
5. Li Y.J., Choi P., Goto S., Borchers C., Raabe D., Kirchheim R.: ”Evolution of strength and microstructure during annealing of heavily cold-drawn 6.3 GPa hypereutectoid pearlitic steel wire”, Acta Materialia, 2012, 60, 4005–4016
6. Howe A. A.: „Industry prospective on ultrafine grained steels”, Mater. Sci. Technol., 2009, 25, no 7, 815-819
7. Qiu H., Ohmori A., Hagiwara Y.: ”Mechanical Properties of Welded Joints of 780 MPa Grade Ultra-fi ne Grained Steels”, ISIJ International, 2003, 43, 2003, no 12, 2046-2053
8. Priestner R., Ibraheem A. K.: ”Processing of steel for ultrafine ferrite grain structures”, Mater. Sci. Technol., 2000, 16, 1267-1272
9. Caballero F. G., Bhadeshia H. K. D. H., Mawella K. J. A., Jones D. G., Brown P.: ”Very strong low temperature bainite”, Mater. Sci. Technol., 2002, 18, 279-284
10. Garcia-Mateo C., Caballero F. G., Bhadeshia H. K. D. H.: ”Development of Hard Bainite”, ISIJ Int., 2003, 43, 1238-1243
11. Garcia-Mateo C., Caballero F. G., Bhadeshia H. K. D. H.: ”Acceleration of Low-temperature Bainite”, ISIJ Int., 2003, 43, 1821-1825
12. Caballero F.G., Bhadeshia H.K.D.H.: ”Very strong bainite”, Curr. Opin. Solid State Mater. Sci., 2004, 8, 251-257
13. Wenyan L., Jingxin Q., Hesheng S.: ”Fatigue crack growth behaviour of a Si-Mn steel with carbide-free lathy bainite”, Journal of Mater. Sci., 1997, 32, 427-430
14. Wu K. M., Bhadeshia H. K. D. H.: ”Extremely Fine Pearlite by Continuous Cooling Transformation”, Scripta Materialia, 2012, 67, 53-56
15. Bakshi S.D., Leiro A., Prakash B., Bhadeshia H.K.D.H.: ”Dry rolling/sliding wear of nanostructured pearlite”, Mater. Sci. Technol., 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.1179/1743284714Y.0000000751
16. Wang X.D., Zhong N., Rong Y.H., Hsu T.Y.: ”Novel ultrahigh-strength nanolath martensitic steel by quenching-partitioning-tempering process”, J. Mater. Res., 2009, 24, 260-267
17. Hu F., Wu K.M., Misra R.D.K.: ”Nanostructured martensiteaustenite dual phase steels”, Mater. Sci. Technol., 2012, 28, 1314-11319
18. Caballero F.G., Santofi mia M.S., Capdevila C., Garcia-Mateo C., Garcia de Andres C.: ”Design of Advanced Bainitic Steels by Optimisation of TTT Diagrams and T0 Curves”, ISIJ Int., 2006,46, no 10, 1479-1488
19. Khare S., Lee K., Bhadeshia H.K.D.H.: ”Carbide-Free Bainite: Compromise between Rate of Transformation and Properties”, Metallurgical and Mater. Trans., 2010,41A, 922-928
20. Garbarz B., Burian W.: „Opracowanie podstaw półprzemysłowej technologii wytwarzania blach z supertwardej stali bainitycznej nowej generacji, Sprawozdanie IMŻ nr S0-0666, sierpień 2008
21. Garbarz B., Burian W., Niżnik B., Walnik B., Wojtas J.: „Opracowanie wstępnych parametrów obróbki cieplnej wysokowęglowej stali bainitycznej, przeprowadzenie obróbki utwardzającej, badania metalograficzne oraz pomiary składników mikrostruktury z zastosowaniem mikroskopii elektronowej”, Sprawozdanie IMŻ nr PS-0001-06-02-01, grudzień 2010
22. Kung C.Y., Rayment J.J.: ”An Examination of the Validity of Existing Empirical Formulae for the Calculation of MS Temperature”, Metall. Trans., 1982, 13A, 328-331
23. Gorczyca S., Garbarz B.: „Struktura martenzytu w stopach żelaza”, Hutnik, 1977, 44, nr 6, 276-283
24. Garbarz B., Bołd T.: „Transmission electron microscopy investigation of microstructural features of martensite and bainite”, Metallurgy and Foundry Engineering, 2000, 26, no 3, 229-235
25. Jatczak C.F.: ”Determining Hardenability from Composition”, Metal Progress, 1971 Sept., 60-66
26. Jatczak CF.: ”Hardenability in High Carbon Steels”, Metall. Trans., 1973, A4, 2267-2277
27. Sherby O. D., Wadsworth J., Lesuer D. R., Syn C. K.: ”Revisiting the Structure of Martensite in Iron-Carbon Steels”, Mater. Trans. JIM, 2008, 49, no 9, 2016-2027
28. Patent nr P.394037: ”Stal bainityczna-austenityczna i sposób wytwarzania z tej stali blach” udzielony Instytutowi Metalurgii Żelaza przez Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej, obowiązujący od dnia 25.02.2011 r.
29. Garbarz B., Burian W.: ”Microstructure and Properties of Nanoduplex Bainite-Austenite Steel for Ultra-High-Strength Plates”, Steel Research Int., 2014, 85, 1620-1628
30. Projekt INNOTECH-K1/IN1/27/150443/NCBR/12 (PI0003) „Opracowanie nowoczesnej konstrukcji modułu pancerza odpornego na udarowe oddziaływanie strumienia kumulacyjnego i pocisków”, Instytut Metalurgii Żelaza, MIKANIT; kierownik projektu J. Marcisz, okres realizacji 1.07.2012-30.06.2015
31. www.imz.pl: Walcarka do walcowania na gorąco wraz z urządzeniami do obróbki cieplnoplastycznej (moduł B-LPS)
32. Projekt badawczy rozwojowy 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 01.06.2008 - 31.05.2011 przez Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica w Gliwicach (koordynator i główny wykonawca), Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Akademii Górniczo-Hutniczej, Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej Politechniki Częstochowskiej, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii Politechniki Śląskiej i Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej; kierownik projektu B. Garbarz
33. Projekt badawczy rozwojowy 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 Instytut Metalurgii Żelaza (lider konsorcjum) oraz Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia (członek konsorcjum); kierownik projektu B. Garbarz
34. Woźniak D., Garbarz B.: „Linia do półprzemysłowej symulacji procesów wytwarzania stopów metali i wyrobów metalowych”, Prace IMŻ, 2010, 62, nr 1, 61-67
35. Garbarz B., Burian W., Woźniak D.: ”Semi-industrial simulation of in-line thermomechanical processing and heat treatment of nano-duplex bainite-austenite steel”, Steel Research Int., Special Edition – Proc. of the 14th Int. Conf. on Metal Forming, 2012, 1251-1254
36. Fukugawa T., Okada H., Maehara Y.: ”Mechanism of Red Scale Formation in Si – added Hot – rolled Steel Sheets”, ISIJ Int., 1994, 34, no 11, 906-911
37. Garbarz B., Niżnik-Harańczyk B.: „Eksperymentalna weryfikacja możliwości zastosowania nowej klasy stali nanostrukturalnej na elementy konstrukcyjne maszyn i urządzeń”, Sprawozdanie IMŻ nr S0 0880, listopad 2014
38. Pavlina E.J., Van Tyne C.J.: ”Correlation of Yield Strength and Tensile Strength with Hardness for Steels”, Jour. Mater. Eng. Perf., 2008, 17(6), 888-893
39. Marcisz J., Garbarz B.: Nieopublikowane wyniki badań stali NANOS-BA®, Instytut Metalurgii Żelaza, 2014
40. 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 nr S0 0835, 2013
41. Garbarz B., Niżnik-Harańczyk B.: „Modification of microstructure to increase impact toughness of nanostructured bainite–austenite steel”, Materials Science and Technology, DOI: http://dx.doi.org/10.1179/1743284714Y.0000000675
42. Garbarz B., Niżnik-Harańczyk B.: „Eksperymentalna weryfikacja możliwości zastosowania nanostrukturalnej stali bainityczna-austenitycznej do wytwarzania odkuwek matrycowych”, Prace IMŻ, 2015, 67, nr 1, 1-9
43. Song K.J., Fang K., Yang J.G., Ma R., Liu X.S., Wang J.J. Fang H.Y.: ”Acceleration of regeneration treatment for nanostructuredbainitic steel welding by static recrystallisation”, Materials Science and Technology, DOI: http://dx.doi.org/10.1179/1743284714Y.0000000700
44. Leiro A., Roshan A., Sundin K-G., Vuorinen E., Prakash B.: ”Fatigue of 0.55C-1.72Si Steel with Tempered Martensitic and Carbide-Free Bainitic Microstructures”, Acta Metall. Sin. (Engl. Lett.), 2014, 27 (1), 55-62
45. Leiro A., Vuorinen E., Sundin K. G., Prakash K. G., Sourmail T., Smanio V., Caballero F. G., Garcia-Mateo C., Elvira R.: ” Wear of nano-structured carbide-free bainitic steels under dry rolling-sliding conditions”, Wear, 2013, 298-299, 42-47
46. Rose A.J., Mohammed F., Smith A.W.F., Davies P.A., Clarke R. D.: ”Superbainite: laboratory concept to commercial product”, Materials Science and Technology, 2014, 30, no 9, 1094-1098
47. Burian W., Marcisz J., Garbarz B., Starczewski L.: „Nanostructured bainite-austenite steel for armours construction”, Archives of Metallurgy and Materials, 2014, 59, no 3, 1211-1216
48. Garcia-Mateo C., Surmail T., Caballero F. G., Smanio V., Kuntz M., Ziegler C., Leiro A., Vuorinen E., Elvira R., Teeri T.: ”Nanostructured steel industrialization: Plausible reality”, Materials Science and Technology, 2014, 30, no 9, 1071-1058
49. RFCS Project ”BAINWEAR”: Novel nanostructured bainitic steel for enhanced durability of wear resistant componets, 1.07.2014-31.12.2017
50. Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering: Project POIG 01.01.02-14-100 /09NANOSTAL ”Production of nanocrystalline steels using phase transformations”
51. Garcia-Mateo C., Caballero F.G.: ”Ultra-high-strength Bainitic Steels”, ISIJ Int., 2005, 43, 1736-1740
52. Garcia-Mateo C., Caballero F. G.: ”The Role of Retained Austenite on Tensile Properties of Steels with Bainitic Microstructures”, Mater. Trans. JIM, 2005, 46, 1839-1846 53.
53. Dworecka J., Jezierska E., Rożniatowski K., Świątnicki W.: „Characterization of Nanobainitic Structure Obtained in 100CrMnSi6-4 Steel after Industrial Heat Treatment”, Archives of Metallurgy and Materials, 2014, 59, no 4, 1638-1640
54. Wasiluk K., Skołek E., Świątnicki W.: ”Microstructure and Properties of Surface Layer of Carburized 38CrAlMo6-10 Steel Subjected to Nanostructurization by a Heat Treatment Process”, Archives of Metallurgy and Materials, 2014, 59, no 4, 1685-1690

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-4b3c820e-c4d6-4a38-b50d-9fa6174169a3