Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Платный доступ или доступ для подписчиков

Влияние варьирования химического состава на микроструктуру и свойства бейнитно-мартенситной стали

Михаил Васильевич Майсурадзе, Александра Александровна Куклина, Юрий Вячеславович Юдин, Вера Вячеславовна Назарова, Даниил Вадимович Пырин

Аннотация


Исследовано влияние химического состава на комплекс прочностных и вязко-пластических свойств стали 20Х2Г2СНМА глубокой прокаливаемости с бейнитно-мартенситной структурой. Проведено варьирование химического состава стали двумя способами: 1 — повышение содержания только кремния; 2 — комплексное варьирование химического состава с учетом термодинамических условий формирования бейнита. Выполнен дилатометрический анализ превращений переохлажденного аустенита в экспериментальных сталях при непрерывном охлаждении и изотермической выдержке. Оценка микроструктуры и механических свойств исследуемых сталей показала, что комплексный подход к оптимизации химического состава способствует значительному повышению ударной вязкости стали с бейнитно-мартенситной структурой (в 1,5 – 2,0 раза) при сохранении высокой устойчивости переохлажденного аустенита, характерной для исходной стали 20Х2Г2СНМА.


Ключевые слова


сталь; термическая обработка; бейнит; мартенсит; механические свойства; ударная вязкость; дилатометрия; термокинетическая диаграмма

Полный текст:

PDF

Литература


Zhang Y., Li S., Zhang Z. et al. A review of heat treatment processes for bainitic steel // J. Mater. Res. Tech. 2025. V. 37. P. 279 – 307. DOI: 10.1016/j.jmrt.2025.05.232

Zhu C., Gao X., Hao J. et al. Control of microstructure and mechanical properties of low-carbon bainitic weathering bridge steel with ultrahigh toughness at ultra-low temperatures // Constr. Build. Mater. 2025. V. 466. Art. 140299. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2025.140299

Matteis P., Sesana R. Bainitic transformation in 100Cr6 steel for bearing balls: effect on fatigue endurance // Metals. 2025. V. 15(9). Art. 931. DOI: 10.3390/met15090931

Bhadeshia H. K. D. H. Bainite in Steels: Theory and Practice. 3 ed. Maney Publishing, 2015. 589 p.

Bhadeshia H. K. D. H., Honeycombe R. Steels: Microstructure and Properties. Elsevier Ltd., 2017. 461 p.

Fielding L. C. D. The bainite controversy // Mater. Sci. Tech. 2013. V. 29, Is. 4. P. 383 – 399. DOI: 10.1179/ 1743284712Y.0000000157

Ławrynowicz Z. Transition from upper to lower bainite in Fe – C – Cr steel // Mater. Sci. Tech. 2004. V. 20, Is. 11. P. 1447 – 1454. DOI: 10.1179/026708304X3953

Wu H.-D., Miyamoto G., Yang Z.-G. et al. Incomplete bainite transformation in Fe – Si – C alloys // Acta Mater. 2017. V. 133. P. 1 – 9. DOI: 10.1016/j.actamat.2017.05.017

Clarke A. J., Speer J. G., Miller M. K. et al. Carbon partitioning to austenite from martensite or bainite during the quench and partition (Q&P) process: A critical assessment // Acta Mater. 2008. V. 56, Is. 1. P. 16 – 22. DOI: 10.1016/j.actamat. 2007.08.051

Ebner S., Suppan C., Stark A. et al. Austenite decomposition and carbon partitioning during quenching and partitioning heat treatments studied via in-situ x-ray diffraction // Mater. Design. 2019. V. 178. Art. 107862. DOI: 10.1016/j.matdes. 2019.107862

Chupatanakul S., Nash P., Chen D. Carbon partitioning during bainite transformation in 4317 type steels // Met. Mater. Int. 2006. V. 12. P. 453 – 458. DOI: 10.1007/BF03027744

Khare S., Lee K., Bhadeshia H. K. D. H. Carbide-free bainite: compromise between rate of transformation and properties // Metal. Mater. Trans. A. 2010. V. 41. P. 922 – 928. DOI: 10.1007/s11661-009-0164-z

Kaletin A. Yu., Kaletina Yu. V. The role of retained austenite in the structure of carbide-free bainite of construction steels // Phys. Met. Metallog. 2018. V. 119. P. 893 – 898. DOI: 10.1134/S0031918X18090053

Kuziak R., Kawalla R., Waengler S. Advanced high strength steels for automotive industry // Arch. Civil Mech. Eng. 2008. V. 8, Is. 2. P. 103 – 117. DOI: 10.1016/S1644-9665(12)60197-6

Maisuradze M. V., Ryzhkov M. A. Thermal stabilization of austenite during quenching and partitioning of austenite for automotive steels // Metallurgist. 2018. V. 62. P. 337 – 347. DOI: 10.1007/s11015-018-0666-2

Caballero F. G., Roelofs H., Hasler S. et al. Influence of bainite morphology on impact toughness of continuously cooled cementite free bainitic steels // Mater. Sci. Tech. 2012. V. 28, Is. 1. P. 95 – 102. DOI: 10.1179/1743284710Y.0000000047

Kaletin A. Yu., Ryzhkov A. G., Kaletina Yu. V. Enhancement of impact toughness of structural steels upon formation of carbide-free bainite // Phys. Met. Metallog. 2015. V. 116. P. 109 – 114. DOI: 10.1134/S0031918X15010068

He B. On the factors governing austenite stability: intrinsic versus extrinsic // Materials. 2020. V. 13, Is. 15. Art. 3440. DOI: 10.3390/ma13153440

Luo X., Chen X., Wang T. et al. Effect of morphologies of martensite–austenite constituents on impact toughness in intercritically reheated coarse-grained heat-affected zone of HSLA steel // Mater. Sci. Eng. A. 2018. V. 710. P. 192 – 199. DOI: 10.1016/j.msea.2017.10.079

Maisuradze M. V., Ryzhkov M. A., Lebedev D. I. Microstructure and mechanical properties of martensitic high-strength engineering steel // Metallurgist. 2020. V. 64. P. 640 – 651. DOI: 10.1007/s11015-020-01040-6

Lin S., Borgenstam A., Stark A., Hedström P. Effect of Si on bainitic transformation kinetics in steels explained by carbon partitioning, carbide formation, dislocation densities, and thermodynamic conditions // Mater. Charact. 2022. V. 185. Art. 111774. DOI: 10.1016/j.matchar.2022.111774

Zhang S., Zhou W., Hu F. et al. The role of Si in enhancing the stability of residual austenite and mechanical properties of a medium carbon bainitic steel // J. Mater. Res. Tech. 2024. V. 30. P. 1939 – 1949. DOI: 10.1016/j.jmrt.2024.03.189

Maisuradze M. V., Kuklina A. A., Nazarova V. V., Antakov E. V. High-strength steels with bainitic structure and improved impact toughness // Metallurgist. 2025. V. 69. P. 42 – 54. DOI: 10.1007/s11015-025-01914-7

Maisuradze M. V., Ryzhkov M. A., Yudin Yu. V., Kuklina A. A. Transformations of supercooled austenite in a promising high-strength steel grade under continuous cooling conditions // Met. Sci. Heat Treat. 2017. V. 59, Is. 7 – 8. Р. 486 – 490. DOI: 10.1007/s11041-017-0176-z

Kop T. A., Sietsma J., Van Der Zwaag S. Dilatometric analysis of phase transformations in hypo-eutectoid steels // J. Mater. Sci. 2001. V. 36. P. 519 – 526. DOI: 10.1023/ A:1004805402404

Maisuradze M. V., Kuklina A. A., Ryzhkov M. A. et al. Features of isothermal bainite formation in steel 20Kh2G2SNMA // Metallurgist. 2023. V. 67. P. 915 – 927. DOI: 10.1007/ s11015-023-01581-6

Maisuradze M. V., Kuklina A. A., Lebedev D. I. et al. Simulated and experimental study of structure formation upon thermal treatment of steel 20Kh2G2SNMA // Steel in Trans. 2023. V. 53. P. 176 – 184. DOI: 10.3103/S0967091223020122

Lebedev D. I., Maisuradze M. V., Antakov E. V. Formation of cracks during thermal treatment of martensite-bainite steel parts // Steel in Trans. 2024. V. 54. P. 105 – 110. DOI: 10.3103/S0967091224700347

Koistinen D. P., Marburger R. E. A general equation prescribing the extent of the austenite-martensite transformation in pure iron-carbon alloys and plain carbon steels // Acta Metall. 1959. V. 7. P. 59 – 60. DOI: 10.1016/0001-6160(59)90170-1

Garcia-Mateo C., Sourmail T., Philippot A. et al. Effect of prior martensite on bainitic transformation of high Si hypereutectoid steel // J. Mater. Res. Tech. 2024. V. 30. P. 6995 – 7005. DOI: 10.1016/j.jmrt.2024.05.090

Maisuradze M. V., Ryzhkov M. A., Kuklina A. A. et al. Method for predicting the microstructure of steels quenched isothermally at a temperature below Ms // Met. Sci. Heat Treat. 2024. V. 66. P. 397 – 405. DOI: 10.1007/s11041-024-01063-9

Maisuradze M. V., Kuklina A. A., Yudin Yu. V. et al. Numerical modeling of austenite transformations in steel during continuous cooling // Steel in Trans. 2024. V. 54. P. 742 – 751. DOI: 10.3103/S0967091224701432

Varshney A., Gouthama S. S., Pramanick A. K., Mondal K. Microstructural evidence of nano-carbides in medium carbon high silicon multiphase steels // Mater. Sci. Eng. A. 2017. V. 708. P. 237 – 247. DOI: 10.1016/j.msea.2017.09.088

Maisuradze M. V., Kuklina A. A., Lebedev D. I. et al. Thermokinetic diagrams of transformations in supercooled austenite in alloyed steels // Steel in Trans. 2023. V. 53. P. 562 – 570. DOI: 10.3103/S0967091223060098




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2026.8.15-28

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2026