Modelowanie struktury i własności mechanicznych stali mikrostopowych

Własności mechaniczne stali mikrostopowych zależą od zawartości i wielkości wydzieleń węglikoazotków, które tworzą mikrododatki takich pierwiastków jak: Ti, Nb, V, wprowadzane w ilościach nieprzekraczających 0,1%. W pracy zaprezentowano program komputerowy do obliczania zawartości a także wielkości wydzieleń węglikoazotku M(C,N) oraz składu chemicznego austenitu przy danej temperaturze austenityzowania na podstawie składu chemicznego stali i warunków obróbki cieplnej. Przeprowadzono analizę wpływu składu chemicznego stali na parametry powstających w warunkach izotermicznych wydzieleń węglikoazotków M(C,N) jak również na efekt umocnienia wydzieleniowego z wykorzystaniem programu komputerowego. Zaprezentowano obrazy symulowanej mikrostruktury zawierającej wydzielenia.

Wśród stali konstrukcyjnych istotną grupę stanowią stale mikrostopowe. Rosnące zapotrzebowanie na te stale jest związane z ich wysokimi własnościami mechanicznymi, odpornością na pękanie, a także dobrą spawalnością osiąganymi przy ekonomicznie korzystnych kosztach wytwarzania. Ze względu na mikrostrukturę stale mikrostopowe dzielą się na [1]:

a) stale o strukturze ferrytyczno-perlitycznej,
b) stale o strukturze iglastej,
c) stale o strukturze dwufazowej (dual phase steels).

Stale mikrostopowe – przykłady zastosowań

Znajdują one szerokie zastosowanie w produkcji takich elementów konstrukcyjnych jak:

• rurociągi naftowe i gazowe,
• zbiorniki ciśnieniowe,
• kadłuby okrętowe,
• mosty,
• elementy konstrukcji budowlanych,
• części samochodowe.

Największy udział w produkcji stali mikrostopowych mają stale niskowęglowe o strukturze ferrytyczno-perlitycznej, zawierające do 0,2% C i 1,5-1,6 Mn ze względu na spawalność. W zależności od gatunku stali ich granica plastyczności Rp0,2 mieści się w przedziale 400-600 MPa. Wydłużenie A wynosi 30-50%, a temperatura przejścia w stan kruchy wynosi od -120 do -40°C.

Własności mechaniczne

Wysokie własności mechaniczne są osiągane przez wprowadzanie do składu chemicznego stali niewielkich ilości takich pierwiastków jak: V, Nb, Ti. Zawartości tych pierwiastków (mikrododatków), wprowadzanych pojedynczo lub też kompleksowo, zwykle nie przekraczają 0,1%. Górna zawartość V jest większa i wynosi 0,2% w przypadku podwyższonej zawartości azotu w stali. Główną zaletą stali mikrostopowych jest fakt, iż wysokie własności mechaniczne są osiągane bezpośrednio podczas przeróbki plastycznej (regulowane walcowanie i/lub przyspieszone chłodzenie). Nie ma konieczności stosowania dodatkowej obróbki cieplnej wyrobów gotowych dzięki rozdrobnieniu wielkości ziarna produktów rozpadu austenitu zachodzącego podczas chłodzenia. Wpływ składu chemicznego stali i wielkości ziarna ferrytu na własności mechaniczne (granicę plastyczności, R_p0,2 a także temperaturę przejścia w stan kruchy, T_kr) stali ferrytyczno-perlitycznych przedstawiają równania [1]:

(1)

(2)

Z równań (1) i (2) wynika, iż rozdrobnienie ziarna ferrytu jest zatem bardzo korzystnym mechanizmem umocnienia. Podwyższa zarówno własności wytrzymałościowe stali, jak i obniża temperaturę przejścia w stan kruchy.