Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Obróbka cieplno-plastyczna wysokowytrzymałej stali konstrukcyjnej niezawierającej pierwiastków strategicznych

Garbarz B., Adamczyk M.

Stal, Metale & Nowe Technologie

|

2018

|

nr 7-8

11--15

PL

Właściwości stopów na bazie układu Fe-C-Al umożliwiają zaprojektowanie wysokowytrzymałej stali konstrukcyjnej niezawierającej pierwiastków uznanych w Unii Europejskiej jako strategiczne (krytyczne): Nb, V, Mo. Nowa stal może stanowić alternatywę w stosunku do klasycznych gatunków HSLA.

EN

The properties of alloys based on the Fe-C-Al system enable to design a high-strength structural steel containing no elements recognised in European Union as strategic (critical): Nb, V, Mo. The new steel could be an alternative to the classical HSLA grades.

2

Struktura wlewków ciągłych ze stali niestopowych i niskostopowych oraz jej ewolucja w wyniku przeróbki plastycznej na gorąco

Garbarz B.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2018

|

T. 70, nr 4

2--23

PL

W artykule przedstawiono systematykę morfologiczną struktur powstających we wlewkach ciągłych ze stali niestopowych i niskostopowych. Scharakteryzowano pierwotną strukturę krzepnięcia (strukturę dendrytyczną) oraz ziarnową strukturę austenitu pierwotnego. W zależności od składu chemicznego stali, warunków krzepnięcia i stygnięcia wlewka ciągłego oraz od zastosowanych metod ujawniania elementów morfologicznych, jedna z tych struktur może być dominująca lub ich obrazy mogą się nakładać. Wykazano, że po początkowym okresie wzrostu fazy austenitycznej w korelacji ze strukturą dendrytyczną, w stadium rozrostu ziarna pierwotnego austenitu tracą związek z dendrytyczną strukturą krzepnięcia. Opisano cztery główne typy struktur wlewków ciągłych, powstające w wyniku przemian fazowych i strukturalnych poniżej zakresu perytektycznego, w zakresie podperytektycznym, w zakresie nadperytektycznym oraz powyżej zakresu perytektycznego. Przeanalizowano potencjalne oddziaływania dendrytycznej struktury krzepnięcia i struktury ziarnowej austenitu pierwotnego na jakość wlewka ciągłego i wyrobów stalowych, w szczególności przedstawiono wpływ segregacji międzydendrytycznej na powstawanie pasmowości mikrostrukturalnej w wyrobach stalowych.

EN

The paper presents morphological systematics of structures developing in continuous ingots of unalloyed and low alloy steels. Primary solidification structure (dendritic structure) and primary austenite grain structure were characterized. Depending on chemical composition of steel, conditions of solidification and cooling of continuous ingot and used methods of revealing of morphological features, one of the structure can prevail or their images can overlap. It was shown that after preliminary stage of the growth of austenitic phase in correlation with the dendritic structure, during further coarsening the primary austenite grains lose correlation with the solidification dendritic structure. Four general types of continuous ingots structures were described which develop as the result of phase transformations occurring below the peritectic range, in the hypo-peritectic range, in the hyper-peritectic range and beyond peritectic range. Potential effects of dendritic solidification structure and primary austenite grain structure on quality of continuous ingot and steel products were analysed, in particular the effect of interdendritic segregation on occurrence of microstructural banding in steel products was presented.

3

Technological Properties and Applications of High-Carbon Nanobainitic Steels

Węglowski M. S., Marcisz J., Garbarz B.

Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach

|

2018

|

Vol. 62, No. 3

29--43

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.

4

Characteristics of Fusion Welded and Friction Welded Joints Made in High-Carbon Nanobainitic Steels

Węglowski M. S., Grobosz W., Marcisz J., Garbarz B.

Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach

|

2018

|

Vol. 62, No. 4

7--15

EN

Intense research on the metallurgy of iron alloys have recently resulted in the development of technologies enabling the making of high-carbon nanobainitic steels. Because of their chemical composition, the above-named steels belong to hard-to-weld materials. To identify the possibility of welding such steels using arc-based methods and welding in the solid state it was necessary to make test joints and perform related metallographic tests. The test results revealed that it is possible to obtain both fusion and pressure welded joints if the process was performed in the softened state, i.e. before the final heat treatment. Afterwards, joints should be subjected to a heat treatment ensuring the obtainment of a previously assumed microstructure and required hardness distribution in the weld and HAZ.

PL

Intensywne prace badawczo-rozwojowe w zakresie metalurgii stopów żelaza doprowadziły w ostatnim czasie do opracowania technologii wytwarzania wysokowęglowych stali nanobanitycznych. Stale te ze względu na skład chemiczny należą do materiałów trudno spawalnych. W celu określenia możliwości ich spawania metodami łukowymi oraz zgrzewania w stanie stałym, wykonano złącza próbne oraz przeprowadzono badania metalograficzne w ich obszarze. Wyniki badań wykazały możliwość uzyskania złączy spawanych i zgrzewanych pod warunkiem prowadzenia procesów łączenia blach w stanie zmiękczonym, tj. przed finalną obróbką cieplną. Następnie złącza można poddać obróbce cieplnej gwarantującej uzyskanie założonej mikrostruktury i rozkładu twardości w spoinie i w strefie wpływu ciepła.

5

Wieloetapowa zintegrowana obróbka cieplna wysokowytrzymałych stali konstrukcyjnych o mikrostrukturze wielofazowej

Garbarz B.

Stal, Metale & Nowe Technologie

|

2017

|

nr 3-4

76--83

PL

W artykule przedstawiono przegląd stanu badań i zastosowań wieloetapowych zintegrowanych obróbek cieplnych. Obróbki te umoż- liwiają wytworzenie w wyrobach stalowych drobnoziarnistej mikrostruktury wielofazowej. Jednym z często stosowanych etapów zintegrowanych obróbek cieplnych jest operacja Q&P (quenching and partitioning) – hartowanie częściowe i rozsegregowanie węgla (z powstałego martenzytu do nieprzemienionego austenitu). Mikrostruktura wielofazowa w stalach wysokowytrzymałych składają- ca się z drobnych ziaren ferrytu, bainitu, martenzytu i austenitu resztkowego w różnych kombinacjach i w różnych proporcjach umoż- liwia uzyskanie korzystnego połączenia wysokich właściwości mechanicznych i dobrej ciągliwości, przy ograniczeniu zawartości pierwiastków stopowych.

EN

The current state of the art in the areas of research and application of multi-step integrated heat treatments has been presented in the paper. These processes allow to produce fine-grained multi-phase microstructure in steel products. One of the frequently used steps of multi-step integrated heat treatments is a Q&P (quenching and partitioning) operation, forcing carbon to partition from the produced martensite to the un-transformed austenite. The multi-phase microstructure in high-strength steels comprising fine grains of ferrite, bainite, martensite and retained austenite – in various proportions and quantities – enables to obtain the attractive combination of high strength properties and good ductility, with the limited content of alloying elements.

6

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

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

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2017

|

T. 69, nr 4

19--33

PL

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.

EN

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.

7

Obróbka cieplno-plastyczna stali konstrukcyjnych zawierających 3÷4%Al umożliwiająca wytworzenie mikrostruktury lamelarnej

Adamczyk M., Garbarz B., Niżnik-Harańczyk B.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2017

|

T. 69, nr 1

10--23

PL

Artykuł zawiera wyniki badań stali konstrukcyjnych z dodatkiem stopowym glinu w ilości 3÷4%, poddanych wielowariantowej obróbce cieplno-plastycznej. Nowe stale z glinem charakteryzują się występowaniem stabilnej struktury dwufazowej austenityczno-ferrytycznej w zakresie temperatury nagrzewania do przeróbki plastycznej i przeróbki plastycznej na gorąco. Umożliwia to wytworzenie mikrostruktury lamelarnej (pasmowej). Celem badań było uzyskanie wysokich właściwości mechanicznych nowej klasy stali z dodatkiem stopowym glinu, konkurencyjnych w stosunku do właściwości obecnie wytwarzanych konstrukcyjnych wyrobów stalowych o wysokiej granicy plastyczności minimum 500 MPa, w warunkach technologicznych typowych dla średnio zaawansowanych technicznie walcowni. W wyniku zastosowania zróżnicowanych wartości parametrów obróbki cieplno-plastycznej, wytworzono lamelarne struktury charakteryzujące się wartością średniej grubości pasm mikrostruktury w zakresie od 8,6 μm do 13,3 μm. Właściwości mechaniczne eksperymentalnych stali po zastosowanych wariantach obróbki cieplno-plastycznej mieszczą się w szerokim zakresie wartości: Rm od 620 do 1080 MPa, Rp0,2 od 420 do 540 MPa oraz wydłużenie całkowite od 6 do 19%. Korzystne proporcje wytrzymałości i plastyczności uzyskano dla stali zawierających 0,30%C-1,72%Mn-3,0%Al oraz 0,28%C-1,67%Mn-2,98%Al-0,70%Si-0,49%Cr: granica plastyczności ok. 500 MPa, wytrzymałość ok. 700 MPa i wydłużenie całkowite ok. 17%.

EN

Results of investigation of structural steels alloyed with 3÷4% of aluminium subjected to multivariant thermomechanical processing are presented in the paper. The new steel grades with aluminium addition are characterised by their dual phase austenite-ferrite structure stable at temperatures of reheating and hot working. This property enables to produce laminated (banded) microstructure. The aim of the investigation was to obtain high mechanical properties of the new class of steels containing aluminium, competitive with mechanical properties of currently produced structural steel products with a high yield strength of minimum 500 MPa, using medium-advanced rolling facilities. As a result of application of different values of thermo-mechanical treatment laminated structures were produced with an average thickness of microstructural bands in the range of 8.6 μm to 13.3 μm. Mechanical properties of the experimental steels obtained after the applied variants of thermo- mechanical processing showed wide ranges of values: Rm from 620 to 1080 MPa, Rp0,2 from 420 to 540 MPa and total elongation from 6 to 19%. A favorable proportion of strength and ductility was obtained for the steels containing 0.30%C-1.72%Mn-3.0%Al and 0.28%C-1.67%Mn-2.98%Al-0.70%Si-0.49%Cr: yield strength ca. 500 MPa, tensile strength ca. 700 MPa and total elongation ca. 17%.

8

Obróbka cieplna wysokowytrzymałych stali konstrukcyjnych z wykorzystaniem przemiany izotermicznej poniżej temperatury Ms

Garbarz B., Walnik B., Zalecki W.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2017

|

T. 69, nr 2

2--10

PL

W artykule przedstawiono wyniki wstępnych badań wpływu izotermicznej obróbki cieplnej poniżej temperatury Ms na właściwości mechaniczne wysokowytrzymałych stali konstrukcyjnych. Badania wykonano na dwóch gatunkach stali nanobainitycznych oraz na wytwarzanym przemysłowo standardowym gatunku stali niskostopowej do ulepszania cieplnego. Stwierdzono, że włączenie do obróbki cieplnej stali nanobainitycznych przemiany izotermicznej poniżej Ms, podwyższa wytrzymałość i jednocześnie zwiększa ciągliwość, a także może zostać wykorzystane do regulowania proporcji Rp0,2 : Rm. W przypadku stali niskostopowej do ulepszania cieplnego, obróbka polegająca na ochłodzeniu do temperatury poniżej Ms i na przeprowadzeniu przemiany izotermicznej w tej temperaturze, spowodowała wytworzenie mikrostruktury wielofazowej o bardzo korzystnym połączeniu właściwości wytrzymałościowych i plastycznych. W celu opisu typu i morfologii składników fazowych powstałych w wyniku przemian izotermicznych zachodzących w badanych stalach poniżej temperatury Ms wymagane jest kontynuowanie pracy z zastosowaniem zaawansowanych metod badań dylatometrycznych i mikrostrukturalnych.

EN

Results of preliminary research work on the effect of isothermal heat treatment below Ms temperature on mechanical properties of high-strength structural steels are reported in the paper. Two grades of nanobainitic steels and a commercial quenching and tempering low-alloy steel were used in the investigation. It was found that incorporation of an isothermal transformation below Ms into heat treatment of nanobainitic steels increased strength and also increased ductility, and furthermore it could be used for adjusting the Rp0,2 : Rm proportion. Heat treatment of the commercial low-alloy steel comprising cooling to temperature below Ms and isothermal treatment at that temperature produced multi-phase microstructure characterised with a very attractive combination of strength and ductility. To characterise the type and morphology of phase constituents formed as a result of isothermal transformations below Ms temperature a continuation of the research work using advanced dilatometric and microstructural research methodologies are needed.

9

Nowy gatunek stali konstrukcyjnej z dodatkiem stopowym 3% Al wykazujący zwiększoną odporność mechaniczną na oddziaływanie cieplne w warunkach pożaru

Garbarz B., Adamczyk M.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2017

|

T. 69, nr 4

2--18

PL

Artykuł zawiera wyniki badań nowego gatunku wysokowytrzymałej stali na bazie układu Fe-0,3%C-1,7%Mn-3%Al z dodatkami Cu i / lub Nb, o granicy plastyczności w temperaturze otoczenia minimum 500 MPa, charakteryzującego się dwufazową strukturą γ + α/δ w temperaturze walcowania na gorąco i wynikającą z tego podatnością do tworzenia mikropasmowości strukturalnej. Głównym celem badań nowego gatunku stali było ustalenie odporności mechanicznej na oddziaływanie cieplne w warunkach pożaru w zakresie temperatury 400÷600ºC. Odporność stali na oddziaływanie cieplne oceniono na podstawie wyrażonego w procentach stosunku wartości granicy plastyczności w podwyższonej temperaturze do wartości granicy plastyczności w temperaturze otoczenia: (Re(ET)/Re(RT))·100%. Wyniki badań wykazały, że nowa stal o granicy plastyczności w temperaturze otoczenia powyżej 500 MPa, charakteryzuje się istotnie większą odpornością na krótkotrwałe (standardowo 20 minut) oddziaływanie cieplne w wysokiej temperaturze do 600ºC mierzone współczynnikiem (Re(ET)/Re(RT))·100%, niż stosowane obecnie stale konstrukcyjne nie zawierające Mo w ilości minimum 0,5%.

EN

The paper contains results of investigation of a new high strength steel grade based on a Fe-0.3%C-1.7%Mn-3%Al system with additions of Cu and / or Nb, with yield strength at ambient temperature minimum 500 MPa, showing a two-phase γ + α/δ structure at temperature of hot rolling and resulting from it ability to form structural microbanding. Main goal of the investigation of the new steel grade was to determine the mechanical resistance to heat impact under fire conditions at temperature range of 400÷600ºC. The resistance to influence of heat was quantified using the percentage ratio of yield strength value at elevated temperature to yield strength value at ambient temperature: (Re(ET)/Re(RT))·100%. Results of the research showed that the new steel with a yield strength at ambient temperature above 500 MPa has considerably higher resistance to a short time (typically 20 minutes) heat impact at high temperature till 600ºC, expressed by coefficient (Re(ET)/Re(RT))·100%, than currently used structural steels without addition of Mo in amount of minimum 0.5%.

10

Kinetyka izotermicznych przemian fazowych poniżej temperatury Ms w ultra wysokowytrzymałych stalach konstrukcyjnych

Garbarz B., Zalecki W.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2017

|

T. 69, nr 1

2--9

PL

Artykuł zawiera wyniki badań kinetyki izotermicznych przemian fazowych w zakresie temperatury bezpośrednio poniżej Ms w dwóch ultra wysokowytrzymałych stalach nanostrukturalnych. Zabieg wytrzymania izotermicznego poniżej Ms jest jednym z etapów obróbki cieplnej, prowadzącej do uzyskania struktury wielofazowej o korzystnym stosunku wytrzymałości do plastyczności. Na podstawie wyników badań dylatometrycznych stwierdzono, że zapoczątkowanie przemiany izotermicznej w obydwu badanych stalach w zakresie temperaturowym poniżej Ms ulega przesunięciu do istotnie krótszych czasów w stosunku do początku izotermicznej przemiany bainitycznej powyżej Ms. W jednej z badanych stali stwierdzono skrócenie czasu do zapoczątkowania przemiany bainitycznej w temperaturze tuż powyżej Ms (tzw. „swing-back phenomenon”). Po ochłodzeniu próbek badanych stali poniżej Ms powstają płytki (lub pakiety listew) martenzytu atermicznego, którego ułamek wzrasta w wyniku obniżania temperatury ochładzania poniżej Ms. Wytrzymywanie izotermiczne poniżej Ms powoduje przemianę części pozostałego austenitu w bainit i prawdopodobnie w martenzyt izotermiczny. Jednoznaczne rozróżnienie morfologiczne bainitu i martenzytu izotermicznego oraz identyfikacja mechanizmu przemian fazowych zachodzących w trakcie wytrzymywania izotermicznego poniżej MS, wymaga dalszych badań z zastosowaniem zaawansowanych metod dylatometrycznych i mikrostrukturalnych.

EN

Results of investigation of the kinetics of isothermal phase transformation in the temperature range directly below Ms in two grades of ultra high-strength nanostructured steels are reported in the paper. An operation of isothermal holding below Ms is one of the stages of heat treatment allowing to obtain a multiphase microstructure leading to an attractive proportion of high strength and good ductility. Basing on results of dilatometric investigation it was found that in the both steels the start of isothermal transformation below Ms was shifted to shorter times as compared with the beginning of isothermal bainitic transformation above Ms. In one of the investigated steels just above Ms temperature shortening of the time to start the bainitic transformation was detected („swing-back phenomenon”). In the specimens of the investigated steels cooled below Ms, plates (or packets of laths) of athermal martensite formed and the amount of the athermal martensite increased as the undercooling temperature decreased. Isothermal holding below Ms induces transformation of a part of remaining austenite into bainite and probably into isothermal martensite. Distinguishing unambiguously between morphologies of bainite and isothermal martensite and identification of mechanism of phase transformation during isothermal holding below Ms need further investigations to be carried out, using advanced dilatometric and microstructural methods.

11

Numeryczny model zjawiska rekrystalizacji statycznej dla wysokowęglowej stali bainitycznej

Dembiczak T., Knapiński M., Garbarz B.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2017

|

Vol. 84, nr 2

92--97

PL

W artykule przedstawiono model kinetyki rekrystalizacji statycznej oraz wyznaczono współczynniki równania opisującego wielkość ziaren zrekrystalizowanych statycznie w wysokowęglowej stali bainitycznej w funkcji temperatury, odkształcenia plastycznego, prędkości odkształcenia oraz początkowej wielkości ziarna austenitu. Ponadto w pracy dokonano porównania modelu kinetyki rekrystalizacji statycznej badanej stali z modelami dla stali o innych składach chemicznych. Prezentowane wyniki są kontynuacją badań opisanych w pracy [1], w której kinetykę rekrystalizacji statycznej opisano równaniami Avramiego o współczynnikach zależnych od parametrów wcześniej zadanego odkształcenia plastycznego.

EN

The article presents a model of the kinetics of static recrystallization and coefficients determined in the equation describing the size of statically recrystallized grains in high-carbon bainitic steel as a function of temperature, plastic strain, plastic strain rate and the initial grain size of austenite. Moreover the work compares the model of kinetics of static recrystallization of tested steel to models for steel with different chemical composition. The presented research is a continuation of tests presented in [1] in which the kinetics of static recrystallization is described with Avrami equation with coefficients depended on previously specified plastic deformation.

12

Optimisation of Mechanical Properties of 18%Ni350 Grade Maraging Steel Using Novel Heat Treatment

Marcisz J., Adamczyk M., Garbarz B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 1

73--84

EN

The paper presents results of examinations of properties and microstructure of maraging steel grade MS350 (18Ni350) produced by a novel heat treatment method called „short-time ageing“. It has been found that maraging steel after application of the short-time ageing achieves unique properties, in particular good combination of strength and impact toughness. After short-time ageing for time of heating up to 600 seconds at temperature of 550°C hardness in the range from 48 to 56 HRC, tensile strength ranging from 2000 to 2250 MPa, yield strength from 1930 to 2170 MPa and total elongation in the range 7-8% as well as notch impact toughness of 20 J/cm2 at temperature minus 40°C were obtained. Results of microstructure examination in transmission electron microscope (TEM) with application of high resolution technique (HRTEM) have shown presence of Ni3Mo nano-precipitates of orthorhombic crystallographic structure. Precipitates were characterized by rod-like shape and were homogenously distributed in martensitic matrix of steel with high density of dislocations. The average size of cross-section of precipitates was ca. 4 nm while length reached several dozen of nm.

13

Development of Structural Steel Containing 3÷5 wt% Al with Microlaminated Microstructure

Garbarz B., Adamczyk M., Niżnik-Harańczyk B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 4

2309--2315

EN

The aim of this work was to develop basic parameters of hot rolling and controlled cooling technology allowing to obtain the microlaminated (lamellar) microstructure in a lean-alloy structural steel containing 3÷5 wt % Al. Thermo-mechanical rolling tests of two experimental steels were carried out in a semi-industrial line comprising a one – stand reversing rolling mill. The final microstructure of the specimens subjected to rolling in the γ + α stability region characterised with the microlaminated morphology composed of lamellae of ferrite with thickness down to 1 μm or less and lamellae or grains of phases developed during transformation of the austenite. Determined parameters of the thermo-mechanical processing allowed to achieve very attractive mechanical properties of the experimental steels: tensile strength over 1.0 GPa and ductility level (total elongation) better than 15%.

14

Niekonwencjonalne technologie obróbki cieplnej ultrawytrzymałych stali konstrukcyjnych

Marcisz J., Garbarz B.

Stal, Metale & Nowe Technologie

|

2015

|

nr 7-8

22--28

PL

W artykule przedstawiono technologie obróbki cieplnej dwóch grup gatunkowych stali ultrawytrzymałych. Opisane etapy procesów wytwarzania wyrobów z tych stali obejmują niekonwencjonalne zabiegi cieplne, niestosowane w technologiach standardowych. W przypadku stali nanostrukturalnej bainityczno-austenitycznej NANOS-BA® niestandardową operacją jest proces długotrwałego niskotemperaturowego wygrzewania izotermicznego, który stanowi finalny etap wytwarzania i kształtuje właściwości użytkowe wyrobów. W odniesieniu do stali maraging opisano nowy sposób optymalizacji procesu starzenia w celu poprawy właściwości plastycznych materiału. Podano przykład realizacji procesu obróbki cieplnej blach ze stali NANOS-BA® w warunkach przemysłowych.

EN

Final heat treatment technologies for two classes of ultra-strength steels are presented in the paper. The described stages of production processes comprise thermal operations not used in standard heat treatment technologies. For the nanostructured bainite-austenite NANOS-BA® steel a process of unconventional long-lasting low-temperature isothermal heating is applied to obtain required properties of products. In the case of maraging steels, a new method of the optimisation of standard ageing heat treatment to improve ductility of the steels has been described. An example of industrial heat treatment of sheets made of the NANOS-BA® steel is presented.

15

Technologie wytwarzania supertwardych materiałów nanostrukturalnych ze stopów żelaza oraz ich zastosowanie w pancerzach

Garbarz B., Burian W., Marcisz J., Żak A., Wiśniewski A., Żochowski P.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2015

|

T. 67, nr 3

2--33

PL

Artykuł zawiera najważniejsze rezultaty projektu pt. „Technologie wytwarzania supertwardych materiałów nanostrukturalnych ze stopów żelaza oraz ich zastosowanie w pancerzach pasywnych i pasywno-reaktywnych” UDAPOIG.01.03.01-00-042/08-05, zrealizowanego w okresie w okresie 1.02.2009 – 31.08.2013 przez Instytut Metalurgii Żelaza (lider konsorcjum) oraz Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia (członek konsorcjum). Celem projektu było opracowanie gatunków stali o strukturze nanokrystalicznej przeznaczonych do zastosowania w konstrukcji pancerzy chroniących przed przebiciem pociskami przeciwpancernymi oraz opracowanie modeli pancerzy zawierających warstwy z opracowanych gatunków stali. Do badań wytypowano trzy rodzaje materiałów: superczyste wysokowytrzymałe stale maraging, wysokowęglowe stale bainityczne o strukturze nanokrystalicznej oraz dwufazowe nanokrystaliczno – amorficzne stopy żelaza. Zaprojektowano nowy gatunek stali ultrawytrzymałej (oznaczony NANOS-BA) o składzie chemicznym 0,6%C-1,8%Si-2,0%Mn + dodatki Cr, Co, Mo, V, zapewniającym wytworzenie nanostruktury składającej się z nanolistew bezwęglikowego bainitu i austenitu resztkowego. Opracowano wytyczne do przemysłowej technologii wytwarzania blach ze stali NANOS-BA o grubości z zakresu 4÷20 mm i ich obróbki cieplnej. Po fi nalnej obróbce cieplnej właściwości mechaniczne blach NANOS-BA są następujące: Rm >1,9 GPa, R 0,2 >1,3 GPa, A5 > 14%, HV10 > 600. Zaprojektowano zmodyfikowane gatunki ultrawytrzymałych stali maraging w klasach od MS350 do MS550 i parametry niestandardowej obróbki cieplnej zwiększającej ciągliwość oraz nową stal umacnianą wydzieleniowo o obniżonej w stosunku do stali typu maraging zawartości pierwiastków stopowych, oznaczoną NANOS-3D. Opracowano skład chemiczny stopu na bazie żelaza Fe-10%Mo-3%Cr-3,2%C-1,2%B charakteryzujący się zdolnością do morfizacji przy stosunkowo małej szybkości chłodzenia ze stanu ciekłego (rzędu 102 ºC/s). Zbudowano i uruchomiono stanowisko laboratoryjne do topienia i odlewania stopów na bazie Fe w formie elementów o grubości do 5 mm wykazujących strukturę nanokrystaliczno-amorficzną. Osiągnięcie poziomu pozwalającego na uzyskanie wyrobów amorficznych o wymaganym zespole właściwości do zastosowań przemysłowych wymaga dalszych badań. Opracowano modele numeryczne do symulacji oddziaływania pocisków z pancerzem z blachy stalowej na bazie programów LS-DYNA i AUTODYN. Na podstawie wyników badań ostrzałem stwierdzono, że zdolność ochronna płytek ze stali NANOS-BA i ze stali maraging o zoptymalizowanych właściwościach jest wyższa od zdolności ochronnej płyt stalowych o najwyższych parametrach dostępnych obecnie na rynku. Oceniając właściwości mechaniczne, poziom ochrony balistycznej, koszty wytwarzania i możliwość uruchomienia produkcji w kraju, do przemysłowego wytwarzania elementów pancerzy wytypowano stal nanobainityczną NANOS-BA. Zaprojektowano konstrukcję oraz opracowano dokumentację konstrukcyjną i wykonawczą modułu pasywnego pancerza warstwowego w wersji produkcyjnej, zawierającego warstwę z opracowanej w projekcie stali NANOS-BA.

EN

The most important results of the project ”Technology of production of superhard nanostructured Fe–based alloys and their application in passive and passive-reactive armours” UDA-POIG.01.03.01-00-042/08-05, carried out in the period of 1.02.2009 – 31.08.2013 by Instytut Metalurgii Żelaza (lider of the consortium) and Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia (member of the consortium) are reported in the paper. The main goal of the project was to develop new nanostructured steel grades intended for application in armour constructions protecting against anti-tank ammunition as well as to develop armour models containing layers made of the developed steel grades. Three types of materials were chosen for investigation: ultra-clean high-strength maraging steels, high-carbon bainitic steels with nanocrystalline structure and dual-phase nanocrystalline – amorphous iron alloys. A new grade of medium alloy ultra-strength steel (named NANOS-BA) containing 0.6%C-1.8%Si-2.0%Mn + additions of Cr, Co, Mo, V allowing to form the nanostructure comprising nano-laths of carbideless bainite and retained austenite was developed. The guidelines and preliminary parameters of industrial technology for manufacturing of 4-20 mm thick plates from NANOS-BA steel were worked out. After the final heat treatment the plates characterised with the following properties: Rm >1.9 GPa, R 0.2 >1.3 GPa, A5 > 14%, HV10 > 600. Modified grades of ultra-strength maraging steels of classes from MS350 to MS550 were designed and parameters of non-standard heat treatment increasing the toughness were proposed and a new precipitation strengthened steel grade named NANOS-3D, containing lower amount of alloying elements in comparison with maraging steels was designed. A composition of iron – based alloy Fe-10%Mo-3%Cr-3.2% C-1.2%B characterised with amorphisation ability at relatively low cooling rate of about 102 ºC/s was developed. Experimental facilities for melting and casting of Fe – based alloys with nanograined – amorphous structure in the form of up to 5 mm thick components was designed and commissioned. Manufacturing of several millimetre thick metallic alloys with amorphous structure is a new method in the world and achieving the level allowing to get the products of required set of properties for industrial applications needs further research to be undertaken. Numerical models based on LS-DYNA and AUTODYN programmes to simulate the interaction between projectiles and the armour made of steel plate were developed. From analysis of the fi ring tests results it was found that the protection ability of specimens made of NANOS-BA steel and maraging steels with the optimised properties was higher than the protection ability of the steel plates with the highest currently available parameters. Based on assessment of mechanical properties, level of protection ability, manufacturing costs and possibility of starting domestic production, nanobainitic steel NANOS-BA was selected for industrial production of armour components. The construction design and technical specifications enabling industrialproduction of a module of the passive layered armour containing a NANOS-BA layer were worked out.

16

Rozwój wykorzystania metody półprzemysłowej symulacji walcowania na gorąco i obróbki cieplnoplastycznej w projektach badawczych i technologicznych

Woźniak D., Garbarz B., Kuziak R.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2015

|

T. 67, nr 2

112--120

PL

Przedstawiono zakres wykorzystania modułu B linii do półprzemysłowej symulacji procesów wytwarzania wyrobów z metali i stopów (LPS) oraz wyniki badań uzyskane w ramach aktualnie realizowanych i zakończonych w latach 2012–2014 wybranych projektów europejskich i krajowych oraz prac zleconych przez ośrodki badawcze i przedsiębiorców przemysłowych krajowych i zagranicznych. W module B-LPS wykonano fizyczne symulacje walcowania na gorąco wlewków pochodzących z wytopów doświadczalnych i z wsadów z zewnątrz, na pręty i blachy. Walcowanie wyrobów płaskich prowadzono z zastosowaniem regulowanego walcowania z obróbką cieplno-plastyczną i regulowanego chłodzenia po walcowaniu. Materiał po walcowaniu poddano badaniom obejmującym pomiar właściwości mechanicznych i metalograficzną ocenę stanu struktury.

EN

This paper presents the range of application of module B of the line for semi-industrial simulation of processes related to manufacturing of metal alloys and products (LPS) as well as results of investigations obtained under selected European and domestic projects in progress and completed in the years 2012–2014 and works commissioned by the research centres and domestic and foreign industrial entrepreneurs. Physical simulations of hot rolling of ingots from experimental melts and external charges for bars and sheets were carried out in the B-LPS module. The rolling of fl at products was carried out using controlled rolling with thermo-mechanical treatment and controlled cooling after rolling. After rolling, the material was subject to investigations including the measurement of mechanical properties and metallographic assessment of structure condition.

17

Perspektywy rozwoju technologii wytwarzania i zastosowań wyrobów z ultrawytrzymałych stali nanobainitycznych

Garbarz B.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2015

|

T. 67, nr 2

65--79

PL

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.

EN

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.

18

Eksperymentalna weryfikacja możliwości zastosowania nanostrukturalnej stali bainityczno-austenitycznej do wytwarzania odkuwek matrycowych

Garbarz B., Niżnik-Harańczyk B.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2015

|

T. 67, nr 1

5--13

PL

Artykuł zawiera wyniki badań odkształcalności ultrawytrzymałej stali bainityczno-austenitycznej NANOS-BA® w zakresie temperatury charakterystycznym dla kucia na gorąco oraz wyniki pomiarów właściwości mechanicznych i obserwacji mikrostruktury tej stali po zastosowaniu różnych wariantów obróbki cieplnej. Wykonano symulacje kucia wybranego typu odkuwki matrycowej w urządzeniu Gleeble 3800, stosując odkształcanie w zakresie temperatury 800-1100°C i regulowane chłodzenie po odkształceniu. Stwierdzono, że maksymalne naprężenie na krzywych płynięcia σ-ε w kolejnych następujących po sobie gniotach w stałej temperaturze ulega niewielkim zmianom. Świadczy to o braku umacniania się badanej stali w zastosowanych izotermicznych cyklach odkształcania. Wraz z obniżaniem temperatury odkształcania próbek w symulatorze Gleeble od 1100°C, przez 950°, do 800°C, następował - zgodnie z oczekiwaniami - wzrost maksymalnego naprężenia odkształcenia. Testowano skuteczność zastosowania obróbki cieplnej GSIT (Grain Sectioning and Isothermal Transformation = podział ziarn i przemiana izotermiczna) do zwiększenia udarności stali NANOS-BA®. Zastosowanie obróbki GSIT, polegającej na kontrolowanym chwilowym przechłodzeniu poniżej MS przed obróbką izotermiczną, istotnie zwiększyło udarność Charpy-V stali NANOS-BA® w całym zakresie temperatury badania, od 20°C do -60°C. W wyniku wykonanych badań stwierdzono, że stal NANOS-BA® może zostać zastosowana do wytwarzania ultrawytrzymałych odkuwek matrycowych.

EN

Results of deformability investigation of ultra-strength bainite-austenite steel NANOS-BA® in the temperature range characteristic of hot forging, as well as results of measurements of mechanical properties and microstructure observation of this steel subjected to various heat treatment procedures are reported in the paper. Simulations of forging operation of a specific type of drop forging in a Gleeble simulator were carried out applying deformations in the temperature range of 800-1100°C followed by controlled cooling. It was found that the maximum values of the stress read out from the σ-ε flow curves of consecutive compressions at constant deformation temperature only little changed. This is the evidence of lack of the work-hardening of the investigated steel in the consecutive isothermal compressions at applied deformation temperatures of 1100°C, 950° and 800°C. Lowering temperature of deformation in the Gleeble simulator from 1100°C, through 950°, to 800°C, caused - as expected – an increase in the maximum deformation stress. Effectiveness of the GSIT (Grain Sectioning and Isothermal Transformation) heat treatment to increase fracture toughness of NANOS-BA® steel was tested. Application of GSIT heat treatment, consisting in short-time undercooling below MS before isothermal transformation, substantially increased Charpy-V fracture toughness of NANOS-BA® steel in the whole range of testing temperature, from 20°C to -60°C. Based on the obtained results of investigation it was concluded that NANOS-BA® steel can be used for manufacturing of ultra-strength drop forgings.

19

Badania właściwości dynamicznych wysokowytrzymałej stali nanostrukturalnej

Marcisz J., Janiszewski J., Burian W., Garbarz B., Stępień J., Starczewski L.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2015

|

T. 67, nr 2

96--105

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań dynamicznych wysokowytrzymałej stali nanostrukturalnej, planowanej do zastosowania w warunkach wysokoenergetycznych obciążeń udarowych. Eksperymenty obejmowały szeroki zakres prędkości odkształcenia i sposobu odkształcenia skutkujących powstaniem zróżnicowanych stanów naprężenia i odkształcenia. Badania dynamiczne realizowano w testach ściskania jednoosiowego z prędkością do 200 s-1 w symulatorze Gleeble, metodą dzielonego pręta Hopkinsona (SHPB) w celu wyznaczenia dynamicznych krzywych płynięcia przy prędkości odkształcenia do 5,1*103 s-1 oraz w testach ostrzałem. Analizie poddano zmiany mikrostruktury będące wynikiem zastosowania wymienionych sposobów odkształcenia. Opracowano charakterystyki materiałowe wysokowytrzymałej stali nanostrukturalnej i wskazano czynniki decydujące o wysokiej zdolności do pochłaniania i rozpraszania energii udarowej.

EN

Results of dynamic examination of high-strength nanostructured steel intended for use in the high energy impact conditions are presented in the paper. Experiments cover wide range of strain rate and method of deformation resulting in different stress and strain state. Dynamic tests of uniaxial compression with strain rate up to 200 s-1 in the Gleeble simulator, the split Hopkinson pressure bar (SHPB) method to determine dynamic curves of plastic flow at strain rate up to 5.19*103 s-1 and firing tests were carried out. Microstructure changes resulted from the above mentioned methods of deformation were analyzed. Characteristics of high-strength nanostructured steel were determined and factors responsible for high ability to energy absorption and dissipation were indicated.

20

Mikrostruktura i właściwości eksperymentalnych stali konstrukcyjnych Fe-0,1%C-1,4%Mn-(4÷8%Al) po walcowaniu na gorąco

Adamczyk M., Garbarz B.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2014

|

T. 66, nr 2

13--20

PL

W artykule przedstawiono wyniki eksperymentów walcowania na gorąco niskowęglowych stali konstrukcyjnych Fe-0,1%C-1,4%Mn-(4÷8%Al) zawierających jako główny dodatek stopowy glin oraz mikrododatki V i Ti. Zbadano wpływ zawartości glinu oraz parametrów odkształcenia na mikrostrukturę oraz na właściwości wytrzymałościowe i plastyczność badanych materiałów. Przeprowadzone badania wykazały, iż odkształcenie plastyczne prowadzi do silnego wydłużenia ziarn osnowy ferrytycznej oraz produktów przemiany austenitu w kierunku płynięcia plastycznego materiału. W zastosowanych warunkach eksperymentalnych nie stwierdzono występowania procesu odbudowy mikrostruktury w wyniku rekrystalizacji osnowy ferrytycznej. Najkorzystniejszymi właściwościami mechanicznymi charakteryzuje się stal zawierająca 4% glinu (Re = 380 MPa, Rm = 500 MPa, A5 = 23%). Stale z glinem ≥6% charakteryzują się niższą plastycznością, wynikającą z gruboziarnistej struktury ferrytu oraz obecności na granicach ziarn cząstek stopowej fazy węglikowej bogatej w glin.

EN

This article presents results of hot rolling experiments on low-carbon constructional steels Fe-0.1%C-1.4%Mn-(4÷8%Al) containing aluminium as the main alloying addition and micro-additions of V and Ti. The effect of aluminium content and strain parameters on microstructure and on strength properties and plasticity of the examined materials was tested. The tests revealed that plastic strain resulted in strong elongation of grains of the ferritic matrix and products of austenite transformation towards plastic flow of the material. Under the applied experimental conditions, no microstructure reconstruction due to recrystallisation of ferritic matrix was found. The most favourable mechanical properties occur in steel containing 4% of aluminium (Re = 380 MPa, Rm = 500 MPa, A5 = 23%). Steels with aluminium ≥6% are characterised by lower plasticity resulting from coarse-grained ferrite structure and the existence of particles of alloying Al-rich carbide phase at grain boundaries.