Function of AlN in the Formation of Grained Structure of Microalloyed Steel

• Autorzy: Kalisz D. , Gerasin S.

Warianty tytułu

PL

Funkcja AlN w kształtowaniu drobnoziarnistej struktury stali z mikrododatkami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Obtaining high resistance parameters is a result of generation process of fine-dispersive phases of nitrides, carbides and carbonitrides in the process of solidification and thermal processing. The precipitates formed as a consequence of introduction of: Ti, V, Nb and Al play the role of grain growth inhibitors. Aluminum forms a separate AlN phase, which does not form a solution with the remaining nitrides and carbonitrides. This paper is devoted to the process of AlN inclusions formation in the process of solidification of steel with a microaddition of Al. The process was simulated with the use of own computer program. The calculations were performed for the cooling conditions 100 and 500K/min. The obtained results were illustrated with figures. The influence of the casting rates on the process of aluminum nitride formation as pure non-metallic phase or component of the oxidic solution was analyzed. It was observed that the formation of AlN precipitates takes place easier when nitride is part of a solution composed of a non-metallic phase and at a higher cooling rate. This means that the higher cooling rate, and consequently higher casting rate, favor the precipitation processes and so the fine-grained structure. The results obtained for AlN prove that precipitates formation is conditioned by the concentration of both components. The quantity of the obtained compound will depend on the content of more deficient element, in this case nitrogen. The final distribution and size of particles of second phase will depend on the diffusion process of AlN particles' growth.

PL

Uzyskanie wysokich właściwości wytrzymałościowych jest wynikiem procesów wydzielania drobno dyspersyjnych faz azotków, węglików i węglikoazotków w procesie krzepnięcia i obróbki cieplnej. Rolę inhibitora rozrostu ziaren pełnią wydzielenia powstałe w wyniku wprowadzenia: Ti, V, Nb oraz Al. Aluminium tworzy odrębną fazę AlN, która nie tworzy roztworu z pozostałymi azotkami i węglikoazotkami. Obecna praca zajmuje się zjawiskiem powstawania wydzieleń AlN w procesie krzepnięcia stali z mikrododatkiem Al. Symulację procesu wykonano przy pomocy własnego programu komputerowego. Obliczenia przeprowadzono dla warunków chłodzenia 100 i 500K/min. Otrzymane wyniki zilustrowano w formie wykresów. Badano wpływ szybkości odlewania na proces wydzielania azotku glinu jako czystej fazy niemetalicznej lub składnika roztworu fazy tlenkowej. Stwierdzono, że tworzenie wydzieleń AlN, zachodzi łatwiej wówczas, gdy azotek jest składnikiem roztworu złożonego z fazy niemetalicznej oraz przy większej szybkości chłodzenia. Oznacza to, że zwiększenie szybkości chłodzenia, a w konsekwencji zwiększenie szybkości odlewania sprzyja procesowi wydzieleniowemu, a w rezultacie powstawaniu struktury drobnoziarnistej. Wyniki uzyskane dla AlN są potwierdzeniem, że o możliwości powstawania wydzielenia decydują stężenia obydwu składników. Ilość powstałego związku będzie zależeć od zawartości pierwiastka bardziej deficytowego, w tym przypadku jest nim azot. O ostatecznym rozkładzie i wielkości cząstek drugiej fazy będzie decydować proces dyfuzyjnego wzrostu cząstek AlN.

Słowa kluczowe

EN

AlN precipitates; segregation; computer simulation; calculation; microalloyed steel

PL

wydzielenia AlN; symulacja komputerowa; stal niskostopowa

• Wydawca: Komisja Odlewnictwa Polskiej Akademii Nauk Oddział w Katowicach
• Czasopismo: Archives of Foundry Engineering
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 15, iss. 4 spec.
• Strony: 57--62
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kalisz D.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Foundry Engineering, ul. Reymonta 23, 30-059 Kraków, Poland

autor

Gerasin S.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Foundry Engineering, ul. Reymonta 23, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Wilson, F.G. & Gladman, T. (1988). Aluminium nitride in steel. International Materials Reviews. 33 (5), pp. 1-66.
• [2] Adrian, H., Augustyn-Pieniążek, J., Głowacz, E. (lipiec sierpień 2013). Metale I nowe technologie. Stal. Pp. 38-43.
• [3] Kalinowska–Ozgowicz, E. (2013). Strukturalne i mechaniczne czynniki umocnienia i rekrystalizacji stali z mikrododatkami odkształcanych plastycznie na goraco. OPEN ACCESS LIBRARY Scientific International Journal of the World Academy of Materials and Manufacturing Engineering publishing scientific monographs in Polish or in English only 2 (20).
• [4] Liu, C.D., Bassim, M.N., Stlawrence, S. (1993). Evaluation of fatigue crack growth initiation at inclusions in fully pearlitic steels. Materials Science and Engineering A, Structural Materials Properties Microstructure and Processing. 167, pp. 107-113. DOI:10.1016/0921-5093(93)90343-D.
• [5] Matsumiya, T., Kajioka, H., Mizoguchi, S., Ueshima, Y., Esaka, H. (1984). Mathematical Analysis of Segregtion in Continuously cast Slabs. Trans. ISIJ. 24, pp. 873–882.
• [6] Hucińska, J. (2006). Influence of sulphur on high temperature segregation of steel structures in the refinery industry. Advances in Materials Science pp. 16-25.
• [7] Kalisz, D., Rzadkosz, S. (2013). Modeling of the formation of AlN precipitates during solidification of steel. Archives of Foundry Engineering. 13 (1), pp. 63–68.
• [8] Kalisz, D., Żak, P.L., Lelito, J., Szucki, M., Suchy J.S., Gracz, B. (2015). Modelling of MnS precipitation during the crystallization of grain oriented silicon steel. Metallurgija. 54 (1), pp.139-142.
• [9] Kalisz, D. (2013). The thermodynamic characteristic of the non – metallic phase formation in the liquid steel: Scientific Publishing Company Akapit, AGH-UST, Krakow, p.193.
• [10] Liu, Z., Gu, K., Cai, K. (2002). Mathematical Model of Sulfide Precipitation on Oxides during Solidification of Fe-Si Alloy. ISIJ Int. 42, pp. 950–957.
• [11] Wołczyński, W. (2002). Effect of the back-diffusion onto doublet structure formation and solute redistribution within alloys solidyfying directionally, with or without convection: Polish Academy of Sciences, Institute of Metallurgy and Materials Science, Kraków.
• [12] Morita, Z., Tanaka, T., Yanai, T. (1987). Equilibria of Nitride Forming Reactions in Liquid Iron Alloys. Met. Trans. B, 18B, pp. 195-202.
• [13] Ma, Z., Janke, D. (1998). Characteristics of Oxide Precipitation and Growthduring Solidification of Deoxidized Steel. ISIJ Intern. 38, pp. 46-52.
• [14] Liu, Z., Wei, J., Cai, K. (2002). A Coupled Mathematical Model of Microsegregation and Inclusion Precipitation during Solidification of Silicon Steel. ISIJ Int. 42, pp. 958–963.
• [15] Kobayashi, S., Nagamichi, T., Gunji, K. (1988). Numerical Analysis of Solute Redistribution during Solidification Accompanying δ/γ Transformation. Trans. ISIJ. 28, pp. 543–552.
• [16] Goto, H., Miyazawa, K., Yamada, W., Tanaka, K. (1995). Effect of Cooling Rate on Composition of Oxides Precipitated during Solidification of Steel. ISIJ Int. 35, pp. 708–714.
• [17] Suzuki, M., Yamaguchi, R., Murakami, K., Nakada, M. (2001). Inclusion Particle Growth during Solidification of Stainless Steel. ISIJ Int. 41, pp. 247–256.
• [18] Żak, P.L., Kalisz, D., Lelito, J., Szucki, M., Gracz, B., Suchy, J.S. (2015). Modeling of non-metallic particles motion process in foundry alloys. Metalurgija. 54, pp. 357-360.
• [19] Iwanciw, J., Podorska, D., Wypartowicz, J. (2011). Modeling of oxide precipitates chemical composition during steel deoxidization. Archives of Metallurgy and Materials. 52, pp. 999-1005.
• [20] Kalisz, D. (2014). Interaction of non–metallic inclusion particles with advancing solidification front. Archives of Metallurgy and Materials. 59, p. 499.
• [21] Kalisz, D., Żak, P.L. (2011). Modeling of TiN and Ti2O3 precipitates Formation During Solidification of Steel. Archives of Metallurgy and Materials Science 59 (4), pp. 149-155.
• [22] Kalisz, D., Żak, P.L. (2015). Modeling of Solute Segregation and the Formation of Non-metallic Inclusions During Solidification of a Titanium-Containing Steel. Kovove Mater. 53 (1), pp. 35-41.
• [23] Suchy, J.S., Lelito, J., Gracz, B., Żak, P.L. (2012). Modelling of Composite Crystallization. China Foundry 9 (2), pp. 184-188.