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

Влияние магния и соотношения Ti/V на размер зерна и вторичных включений низкоуглеродистой стали

Тянь Цзюнь, Яо Хоу-Юань, Су Ли-Цзюань, Хоу Дун, Ху Шао-Янь, Ли Сян-Лун, Фань Лэй, Ван Цзин-Лин, Цюй Тянь-Пэн, Ван Дэ-Юн

Аннотация


Исследована низкоуглеродистая сталь с различным соотношением Ti/V, выплавленная в лабораторной вертикальной электрической печи сопротивления. Методами испытаний на высокотемпературную коррозию и электролиза неводных растворов определены размеры и количество аустенитных зерен и частиц второй фазы в структуре стали. Установлено, что микролегирование позволяет измельчить зерна низкоуглеродистой стали. Добавление магния в сталь позволяет дополнительно уменьшить размер зерна от 33,9 до 18,5 мкм в сталях, содержащих Ti, и от 31,7 до 28,6 мкм в сталях с V. При постоянном содержании Mg более высокое соотношение Ti/V способствует уменьшению размера зерен до 27,8, 23,5 и 21,2 мкм для соотношений Ti/V = 0,25, 0,91 и 2,88 соответственно. Магний эффективно способствует выделению вторичной фазы титана, увеличивает плотность ее распределения от 9 × 109 до 9 × 1013 м – 2 и уменьшает средний диаметр ее включений от 125,1 до 91,4 нм. При этом плотность распределения вторичной фазы ванадия незначительно увеличивается от 2,0 × 1015 до 3,9 × 1015 м – 2, а средний диаметр частиц фазы незначительно уменьшается от 47,5 до 46,6 нм. В композитной стали, микролегированной Ti и V, с увеличением соотношения Ti/V количество и плотность распределения частиц второй фазы в структуре постепенно уменьшаются. Содержание частиц составляет 8,9 × 1014, 5 × 1014, и 7,5 × 1013 м – 2 для соотношений Ti/V = 0,25, 0,91, и 2,88 соответственно.


Ключевые слова


микролегирование; низкоуглеродистая сталь; размер зерна; частицы вторичной фазы

Полный текст:

PDF

Литература


Misra R. D. K., Nathani H., Hartmann J. E., et al. Microstructural evolution in a new 770MPa hot rolled Nb–Ti microalloyed steel[J]. Materials Science and Engineering A, 2005, 394(1): 339-352. DOI:10.1016/j.msea.2004.11.041.

Sobral M. D. C., Mei P. R., Kestenbach H. J. Effect of carbonitride particles formed in austenite on the strength of microalloyed steels[J]. Materials Science and Engineering A, 2004, 367(1): 317-321. DOI:10.1016/j.msea.2003.10.280.

Medina S. F., Gómez M., Rancel L. Grain refinement by intragranular nucleation of ferrite in a high nitrogen content vanadium microalloyed steel[J]. Scripta Materialia, 2008, 58(12): 1110-1113. DOI:10.1016/j.scriptamat.2008.02.004.

Yang G. W., Sun X. J., Yong Q. L., et al. Austenite grain refinement and isothermal growth behavior in a low carbon vanadium microalloyed steel[J]. Journal of Iron and Steel Research International, 2014, 21(8): 757-764. DOI:10.1016/S1006-706X(14)60138-2.

Li P., Todd J. A. Application of a new model to the interphase precipitation reaction in vanadium steels[J]. Metallurgical Transactions A, 1988, 19(9): 2139-2151. DOI:10.1007/BF02645039.

Mao Y., Li Y., Jiang Z., et al. Effect of Ti content on the evolution of nonmetallic inclusions and grain size in seismic rebar HRB400E[J]. Steel Research International, 2025, 2500010. DOI:10.1002/srin.202500010.

ZENG Z. Y., LI C. R., LI Z.Y., et al. Thermodynamic analysis of titanium precipitation in HRB500E seismic steel[J]. Iron and Steel, 2020, 55(5): 45-51.

Xing J., Zhu G., Wu B., et al. Effect of Ti addition on the precipitation mechanism and precipitate size in Nb-microalloyed steels[J]. Metals, 2022, 12(2): 245. DOI:10.3390/met12020245.

Liu Z., Hu X., Xie T., et al. Effect of combined V and Ti microalloying on the microstructure and mechanical properties of TRIP-aided bainitic ferrite steel during industrial continuous annealing[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2025, 37: 3518-3532. DOI:10.1016/j.jmrt.2025.07.003.

Zhang X. K., Loannidou C., ten Brink G. H., et al. Microstructure, precipitate and property evolution in cold-rolled Ti-V high strength low alloy steel[J]. Materials & Design, 2020, 192: 108720. DOI:10.1016/j.matdes.2020.108720.

Zhao F,. Wu M., Jiang B., et al. Effect of nitrogen contents on the microstructure and mechanical properties of V-Ti microalloyed steels for the forging of crankshafts[J]. Materials Science and Engineering A, 2018, 731: 360-368. DOI:10.1016/j.msea.2018.06.070.

Zhang X., Cai Q., Zhou G., et al. Microstructure and mechanical properties of V–Ti–N microalloyed steel used for fracture splitting connecting rod[J]. Journal of Materials Science, 2011, 46(6): 1789-1795. DOI:10.1007/s10853-010-5002-6.

Chen J., Lv M. Y., Tang S., et al. Influence of cooling paths on microstructural characteristics and precipitation behaviors in a low carbon V–Ti microalloyed steel[J]. Materials Science and Engineering A, 2014, 594: 389-393. DOI:10.1016/j.msea.2013.09.086.

Ohta H., Suito H. Characteristics of particle size distribution of deoxidation products with Mg, Zr, Al, Ca, Si/Mn and Mg/Al in Fe–10mass%Ni alloy[J]. ISIJ International, 2006, 46(1): 14-21. DOI:10.2355/isijinternational.46.14.

Zhou X., Wang D., Wang H., et al. An approach to heterointerfacial engineering based on the long-range lattice matching model and density functional theory[J]. Acta Materialia, 2025, 299: 121444. DOI:10.1016/j.actamat.2025.121444.

Cheng J. H., Xu W. B., Wang J. L., et al. Effect of Ti-Mg, V microalloying treatment on mechanical properties of HRB400 rebars[J]. Ironmaking & Steelmaking, 2025. DOI:10.1177/03019233251314960.

Zhu K., Yang J., Wang R. Z., et al. Effect of Mg addition on inhibiting austenite grain growth in heat affected zones of Ti-bearing low carbon steels[J]. Journal of Iron and Steel Research International, 2011, 18(9): 60-64. DOI:10.1016/S1006-706X(12)60035-1.

ZHU L. G., MA C. Y., WANG Q., et al. Effect of welding process on microstructure and properties of heat affected zone of marine steel[J]. Iron and Steel, 2023, 58(2): 137-146. DOI:10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220494

Xu L., Yang J., Park J., et al. Mechanism of improving heat-affected zone toughness of steel plate with Mg deoxidation after high-heat-input welding[J]. Metals, 2020, 10(2): 162. DOI:10.3390/met10020162.

Xiao Y. Y., Cao L., Wang G. C., et al. Formation and precipitation mechanism of TiN inclusion in Mg-treated GCr15 bearing steel[J]. Metallurgical and Materials Transactions B, 2022, 53(2): 916-930. DOI:10.1007/s11663-021-02415-z.

Song M. M., Hu C. L., Song B., et al. Effect of Ti–Mg treatment on the impact toughness of heat affected zone in 0.15%C–1.31%Mn steel[J]. Steel Research International, 2018, 89(3): 1700355. DOI:10.1002/srin.201700355.

Xu L., Yang J. Effects of Mg content on characteristics of nanoscale TiN particles and toughness of heat-affected zones of steel plates after high-heat-input welding[J]. Metallurgical and Materials Transactions A, 2020, 51(9): 4540-4548. DOI:10.1007/s11661-020-05864-4.

Pan X., Yang .J, Zhang Y., et al. Influence of the Mg content on the austenite grain growth in heat-affected zone of offshore engineering steels considering TiN particle pinning and Mo solute drag effects[J]. Metallurgical Research & Technology, 2021, 118(4): 409. DOI:10.1051/metal/2021052.

Huang Y., Wei Y. H. Influence of percipitation behaviour of TiC phase on austenite grain size and hardenability in 20CrMnTi steel[J]. Transactions of metal heat treatment, 1993(1): 20-24,30.

Lai C. T., Lai H. H., Su Y. H., et al. The influence of Mg-based inclusions on the grain boundary mobility of austenite in SS400 steel[J]. Metals , 2019, 9: 370. DOI:10.3390/met9030370.

Tomita Y., Saito N., Tsuzuki T., et al. Improvement in HAZ toughness of steel by TiN-MnS a ddition[J]. ISIJ International, 1994, 34: 829-835. DOI:10.2355/isijinternational.34.829.

Pan G. P., Yang Z. L., Wen Y. S. Characteristics of Vanadium and Nitrogen in Steel and Its Influence on Process[J], Anhui Metallurgy, 2004, (2):7-11.

Zajac S., Siwecki T., Hutchinson W. B., et al. Strengthening mechanisms in vanadium microalloyed steels intended for long products[J]. ISIJ International, 1998, 38(10): 1130-1139. DOI:10.2355/isijinternational.38.1130.

Wang B. X., Zhu F. X., Wang C., et al. Application of oxide metallurgy in high heat input welding steels[J]. Iron and Steel, 2019, 54(9): 12-21.

Sung H. K., Shin S. Y., Cha W., et al. Effects of acicular ferrite on charpy impact properties in heat affected zones of oxide-containing API X80 linepipe steels[J]. Materials Science and Engineering A, 2011, 528(9): 3350-3357. DOI:10.1016/j.msea.2011.01.031.

Sun L. G., Lei M., Zhang X., et al. Research on microstructure refining effect of Mg treatment for shipbuilding steel at high temperature[J]. Iron and Steel, 2020, 55(5): 94-102.

Zhang C. L., Fang W., Cai B. R., et al. Austenite grain growth and its effect on splitting fracture property of a V–N microalloyed medium carbon steel connecting rod[J]. Journal of Iron and Steel Research International, 2019, 26(8): 875-881. DOI:10.1007/s42243-019-00288-w.

Xiao R. T., Yu H., Zhou P. Austenite grain growth behavior of Q1030 high strength welded steel[J]. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials, 2012, 19(8): 711-716. DOI:10.1007/s12613-012-0617-z.

Liu S. X., Chen Y., Liu G. Q., et al. Effect of intermediate cooling on precipitation behavior and austenite decomposition of V–Ti–N steel for non-quenched and tempered oil-well tubes[J]. Materials Science and Engineering A, 2008, 485(1-2): 492-499. DOI:10.1016/j.msea.2007.08.052.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2026.4.14-15

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2026