Везде

ОХНМНеорганические материалы Inorganic Materials

  • ISSN (Print) 0002-337X
  • ISSN (Online) 3034-5588

МЕХАНИЗМЫ РАССЕЯНИЯ ЗНАЧЕНИЙ УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ ГОРЯЧЕКАТАНОЙ СТАЛИ ПРИ МНОЖЕСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЯХ НА УДАРНЫЙ ИЗГИБ

Вы можете
Код статьи
S3034558825060139-1
DOI
10.7868/S3034558825060139
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Воркачев К.Г.
  • Аффилиация: Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова Российской академии наук
Боженов В.А.
  • Аффилиация: Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова Российской академии наук
Солнцев К.А.
  • Аффилиация: Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова Российской академии наук
Том/ Выпуск
Том 61 / Номер выпуска 11-12
Страницы
813-831
Аннотация
В целях установления причин рассеяния значений ударной вязкости горячекатаного проката низкоуглеродистой низколегированной стали методами оптической микроскопии, растровой электронной микроскопии и дифракции отраженных электронов проведено всеобъемлющее исследование механизмов разрушения образцов после множественных испытаний на ударный изгиб при температуре –60°С. Установлено, что рассеяние ударной вязкости определяется образованием мартенситно-бейнитных прослоек в осевой области проката с повышенной концентрацией неметаллических включений и концентрацией Mn, S и P. С одной стороны, в них происходит зарождение хрупкой магистральной макротрещины, с другой – они способствуют образованию расщеплений. Влияние хрупкого разрушения на главной поверхности разрушения превалирует над образованием расщеплений в плоскости, параллельной плоскости прокатки. В пластической зоне еще до разрушения образуются две группы микротрещин, ориентированных либо параллельно плоскости прокатки, либо параллельно траектории распространения магистральной трещины. Показана двойственность роли MnS при разрушении образцов ударным изгибом. Разделен вклад неметаллических включений и мартенситно-бейнитных прослоек при зарождении скола в образцах без расщеплений. Изучена природа образования расщеплений, показано отсутствие корреляции суммарной длины расщеплений и ударной вязкости. Разрушения с образованием магистрального расщепления могут приводить к некоторому повышению вязкости за счет смещения очагов скола из мартенситно-бейнитных прослоек в ферритно-перлитную микроструктуру.
Ключевые слова
мартенситно-бейнитные прослойки горячекатаная сталь механизмы разрушения ударная вязкость очаги скола
Дата публикации
14.07.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
14

Библиография

  1. 1. Воркачев К.Г., Кантор М.М., Боженов В.А., Солнцев К.А. Микроструктурные причины рассеяния значений ударной вязкости низкоуглеродистой низколегированной горячекатаной стали при множественных испытаниях на ударный изгиб // Неорган. материалы. 2025. Т. 61. № 9–10. С. 662–676. https://doi.org/10.7868/S3034558825050137
  2. 2. Krauss G. Solidification, Segregation, and Banding in Carbon and Alloy Steels // Metall. Mater. Trans. B. 2003. V. 34. P. 781–792. https://doi.org/10.1007/s11663-003-0084-z
  3. 3. Белый А.П., Исаев О.Б., Матросов Ю.И., Носоченко А.О. Центральная сегрегационная неоднородность в непрерывнолитых листовых заготовках и толстолистовом прокате / Под ред. В.А. Синельникова. М.: Металлургиздат, 2005. 133 с.
  4. 4. Zhang X.Z., Knott J.F. The statistical modelling of brittle fracture in homogeneous and heterogeneous steel microstructures // Acta Mater. 2000. V. 48. No. 9. P. 2135–2146. https://doi.org/10.1016/S1359-6454 (00)00055-0
  5. 5. Bates R.C. Micromechanical modeling for prediction of lower shelf, transition region, and upper shelf fracture properties / Eds. Nair S.V., Tien J.K., Bates R.C., Buck O. Fracture mechanics: Microstructure and micromechanics. Metal Park: ASM, 1987. P. 131–168.
  6. 6. Argon A.S., Im J., Safuglu R. Cavity formation from inclusions in ductile fracture // Metall. Trans. A. 1975. V. 6. P. 825–837.
  7. 7. Chen J.-H., Cao R. Micromechanism of Cleavage Fracture of Metals: A Comprehensive Microphysical Model for Cleavage Cracking in Metals. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2014. P. 1289.
  8. 8. Pineau A. Development of the Local Approach to Fracture over the Past 25 years: Theory and Applications // Int. J. Fract. 2006. V. 138. P. 139–166. https://doi.org/10.1007/s10704-006-0035-1
  9. 9. Echeverria A., Rodrigues-Ibabe J.M. The role of grain size in brittle particle induced fracture of steels // Mater. Sci. Eng. A. 2003. V. 346. P. 149–158. https://doi.org/10.1016/S0921-5093 (02)00538-5
  10. 10. Ray A., Sivaprasad S., Chakrabarti D. A critical grain size concept to predict the impact transition temperature of Ti-microalloyed steels // Int. J. Fract. 2012. V. 173. No. 2. P. 215–222. https://doi.org/10.1007/s10704-012-9676-4
  11. 11. Fairchild D.P., Howden D.G., Clark W.A.T. The mechanism of brittle fracture in a microalloyed steel: Part I. Inclusion Induced Cleavage // Metall. Mater. Trans. A. 2000. V. 31. P. 641–642. https://doi.org/10.1007/s11661-000-0007-4
  12. 12. Ghosh A., Sahoo S., Ghosh M., Ghosh R.N., Chakrabarti D. Effect of microstructural parameters, microtexture and matrix strain on the Charpy impact properties of low carbon HSLA steel containing MnS inclusions // Mater. Sci. Eng. A. 2014. V. 613. P. 37–47. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.06.091
  13. 13. Ghosh A., Modak P., Dutta R., Chakrabarti D. Effect of MnS inclusion and crystallographic texture on anisotropy in Charpy impact toughness of low carbon ferritic steel // Mater. Sci. Eng. A. 2016. V. 654. P. 298–308. https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.12.047
  14. 14. León García O., Petrov R., Bae J-H., Kestens L., Kang K.B. Microstructure-texture related toughness anisotropy of API-X80 pipeline steel // Adv. Mater. Res. / Eds. T. Chandra et al. 2007. V. 15–17. P. 840–845. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.15-17.840
  15. 15. Степанов П.П., Воркачев К.Г., Сорокин А.Е., Багмет О.А., Эфрон Л.И., Кантор М.М., Боженов В.А. Охрупчивающие факторы при разрушении сварных соединений ТВЧ трубы из низкоуглеродистой низколегированной стали по результатам испытаний на ударный изгиб // Металлург. 2024. № 11. С. 31–39.
  16. 16. Mintz B., Morrison W.B. Influence of fissures on tensile and fracture toughness of steels with ferrite/pearlite microstructures // Mater. Sci. Technol. 2007. V. 23. P. 1346–1356. https://doi.org/10.1179/174328407X168801
  17. 17. Ritchie R.O., Knott J.F., Rice J.R. On the relationship between critical tensile stress and fracture and toughness in mild steel // J. Mech. Phys. Solids. 1973. V. 21. P. 395–410. https://doi.org/10.1016/0022-5096 (73)90008-2
  18. 18. Baldi G., Buzzichelli G. Critical stress for delamination fracture in HSLA steels // Met. Sci. 1978. V. 12. P. 459–472.
  19. 19. Tankoua F., Crépin J., Thibaux P., Cooreman S., Gourgues-Lorenzon A.-F. Quantification and microstructural origin of the anisotropic nature of the sensitivity to brittle cleavage fracture propagation for hot-rolled pipeline steels // Int. J. Fract. 2018. V. 212. P. 143–166. https://doi.org/10.1007/s10704-018-0297-4
  20. 20. Punch R., Strangwood M., Davis C. Origin and propagation of splits in high-strength low-alloy strip steel // Metall. Mater. Trans. A. 2012. V. 43. P. 4622–4632. https://doi.org/10.1007/s11661-012-1307-1
  21. 21. Davis B.J. The Effect of Separations on the Assessment of Charpy Impact Tests. Ph.D. Thesis, University of Wollongong, Wollongong. 2017.
  22. 22. Kantor M.M., Vorkachev K.G., Bozhenov V.A., Solntsev K.A. The Role of Splitting Phenomenon under Fracture of Low-Carbon Microalloyed X80 Pipeline Steels during Multiple Charpy Impact Tests // Appl. Mech. 2022. V. 3. P. 740–756. https://doi.org/10.3390/applmech3030044
  23. 23. Кантор М.М., Воркачев К.Г., Боженов В.А., Солнцев К.А. Ударная вязкость низкоуглеродистых низколегированных сталей с ферритно-бейнитной микроструктурой по результатам множественных испытаний // Неорган. материалы. 2024. Т. 60. № 2. С. 257–273. https://doi.org/10.31857/S0002337X24020141
  24. 24. Tankoua F., Cre´pin J., Thibaux P., Cooreman S., Gourgues-Lorenzon A.-F. Contribution of the microtexture evolution induced by plastic deformation on the resistance of a hot-rolled pipeline steel to flat cleavage fracture and to brittle delamination cracking // Int. J. Fract. 2022. V. 233. P. 211–237. https://doi.org/10.1007/s10704-022-00621-7
  25. 25. Кантор М.М., Воркачев К.Г., Солнцев К.А. Природа микротрещин в ферритных сталях в условиях разрушения при температурах критического интервала хладноломкости // Неорган. материалы. 2018. Т. 54. № 10. C. 1133–1140. https://doi.org/10.1134/S0002337X18100093
  26. 26. Kumar A., Roberts S., Wilkinson A. Low-temperature fracture mechanisms in a spheroidised reactor pressure vessel steel // Int. J. Fract. 2007. V. 144. P. 121–129. https://doi.org/10.1007/s10704-007-9084-3
  27. 27. Кантор М.М., Воркачев К.Г., Челпанов В.И., Солнцев К.А. Сростки доэвтектоидного и перлитного ферритов в низкоуглеродистой низколегированной стали // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 12. С. 1388–1392. https://doi.org/10.31857/S0002337X20120088
  28. 28. Кантор М.М., Боженов В.А. Рассеяние значений ударной вязкости низколегированной стали в критическом интервале хладноломкости // Материаловедение. 2013. № 11. С. 3–15.
  29. 29. Кудря А.В., Кузько Е.И., Соколовская Э.А. Об оценке хладноломкости конструкционных сталей по результатам сериальных ударных испытаний // Деф. разр. матер. 2013. С. 36–45.
  30. 30. Beremin F.M. A Local Criterion for Cleavage Fracture of a Nuclear Pressure Vessel Steel // Metall. Trans. A. 1983. V. 14. P. 2277–2287. https://doi.org/10.1007/BF02663302
  31. 31. Lin Tsann, Evans A.G., Ritchie R.O. Stochastic Modeling of the Independent Roles of Particle Size and Grain Size in Transgranular Cleavage Fracture // Metall. Trans. A. 1987. V. 18. P. 641–651. https://doi.org/10.1007/BF02649480
  32. 32. Zhang X.Z., Knott J.F. Cleavage fracture in bainitic and martensitic microstructures // Acta Mater. 1999. V. 47. No. 12. P. 3483–3495. https://doi.org/10.1016/S1359-6454 (99)00200-1
  33. 33. Shibanuma K., Aihara S., Suzuki K. Prediction model on cleavage fracture initiation in steels having ferrite–cementite microstructures – Part I: Model presentation // Eng. Fract. Mech. 2016. V. 151. P. 161–180. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2015.03.048
  34. 34. Shibanuma K., Aihara S., Suzuki K. Prediction model on cleavage fracture initiation in steels having ferrite–cementite microstructures – Part II: Model validation and discussions // Eng. Fract. Mech. 2016. V. 151. P. 181–202. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2015.03.049
  35. 35. Lambert-Perlade A., Sturel T., Gourgues A.F., Besson J., Pineau A. Mechanisms and modeling of cleavage fracture in simulated heat-affected zone microstructures of a high-strength low alloy steel // Met. Mater. Trans. A. 2004. V. 35. No. 3. P. 1039–1053. https://doi.org/10.1007/s11661-004-0030-y
  36. 36. Guo F., Wang X., Liu W., Shang C., Misra R.D.K., Wang H., Zhao T., Peng C. The Influence of Centerline Segregation on the Mechanical Performance and Microstructure of X70 Pipeline Steel // Steel Res. Int. 2018. V. 89. P. 1800407. https://doi.org/10.1002/srin.201800407
  37. 37. Kovalyova T., Issagulov A., Kovalev P., Kulikov V., Kvon S., Arinova S. Structural Anisotropy Parameters’ Effect on the Low-Temperature Impact Strength of Alloy Steels in Rolled Products // Metals. 2023. V. 13. No. 7. P. 1157. https://doi.org/10.3390/met13071157
  38. 38. Guo F., Liu W., Wang X., Misra R.D.K., Shang C. Controlling Variability in Mechanical Properties of Plates by Reducing Centerline Segregation to Meet Strain-Based Design of Pipeline Steel // Metals. 2019. V. 9. No. 7. P. 749. https://doi.org/10.3390/met9070749
  39. 39. Wang X., Wang X., Liu W., Shang C. Effect of Segregation Band on the Microstructure and Properties of a Wind Power Steel before and after Simulated Welding // Metals. 2024. V. 14. No. 1. P. 129. https://doi.org/10.3390/met14010129
  40. 40. Krolicka A., Lesiuk G., Kuziak R., Radwanski K., Janik A. The Role of Microstructure Morphology on Fracture Mechanisms of Continuously Cooled Bainitic Steel Designed for Rails Application // Met. Mater. Trans. A. 2023. V. 54. P. 487–504. https://doi.org/10.1007/s11661-022-06886-w
  41. 41. Chen J.H., Kikuta Y., Araki T., Yoneda M., Matsuda Y. Micro-fracture behaviour induced by M-A constituent (Island Martensite) in simulated welding heat affected zone of HT80 high strength low alloyed steel // Acta Metall. 1984. V. 32. No. 10. P. 1779–1788. https://doi.org/10.1016/0001-6160 (84)90234-7
  42. 42. Hausild P., Bompard P., Berdin C., Prioul C., Karlik M. Influence of Ductile Tearing on Cleavage Triggering in Ductile-To-Brittle Transition of A508 Steel. European Structural Integrity Society. N.Y.: Elsevier, 2002. V. 30. P. 79–86. https://doi.org/10.1016/S1566-1369 (02)80008-5
  43. 43. Bramfitt B.L., Marder A.R. A Study of the Delamination Behavior of a very Low-Carbon Steel // Metall. Trans. A. 1977. V. 8. P. 1263–1273. https://doi.org/10.1007/BF02643841
  44. 44. Yang M., Chao Y.J., Li X., Tan J. Splitting in Dual-Phase 590 high strength steel plates: Part I. Mechanisms // Mater. Sci. Eng. A. 2008. V. 497. No. 1–2. P. 451–461. https://doi.org/10.1016/j.msea.2008.07.067
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека