The effect of heat treatment on the formation of MnS compound in low-carbon structural steel 09Mn2Si

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 119 MATERIAL SCIENCE При дальнейшем увеличении температуры отпуска до 350 ºС происходит увеличение балла зерна мартенсита до 7. При этом стоит отметить, что некоторая доля мартенсита начитает распадаться на феррит и перлит. Происходит диффузионный отток углерода из мартенситной матрицы [22, 25]. Данные процессы, протекающие в структуре, приводят к разупрочнению, что связано с уменьшением внутренних напряжений и, как следствие, уменьшением дефектности кристаллической решетки из-за снижения плотности дислокаций и различных дефектов строения, а также более низкой твердостью образовавшейся фазы феррита [27–30, 31–34]. Данный процесс наглядно отражает зависимость величины внутренних напряжений от температуры отпуска, результаты которого представлены в работе [21] и основаны на анализе рентгеновских дифрактограмм, отснятых на рентгеновском дифрактометре ДРОН-7 [35]. Результаты показывают, что при увеличении температуры отпуска в данном температурном диапазоне происходит снижение величины внутренних напряжений. Снятие искажений кристаллической решетки цементита, входящего в состав перлита, приводит к его переходу в равновесное состояние, в результате чего цементит становится «высококоэрцитивным». Однако уменьшение количества мартенсита и увеличение обедненных фаз (как мартенсита, так и феррита) приводит к снижению общего уровня как твердости, так и коэрцитивной силы. Последнее, в свою очередь, связано с малым вкладом в общую величину в соответствии с теорией «включений» Керстена. При повышении температуры сульфид марганца под действием внутренних сил вытягивается в направлении действия внутренних напряжений в виде продолговатых включений или цепочек [21]. Коэффициент термического расширения сульфида марганца выше, чем у железа [22, 23], поэтому при охлаждении материала данное соединение испытывает большее сжатие, чем основная матрица [24]. В результате наблюдается появление удлиненных частиц сульфида марганца (рис. 5). Кроме того, стоит принять во внимание и процессы, обусловленные сдерживанием дислокаций на примесных элементах структуры при их взаимодействии через атмосферы Котрелла. Рис. 5. Включения сульфида марганца в образце из стали 09Г2С после среднего отпуска (350 °С) Fig. 5. Inclusions of manganese sulfi de in a 09Mn2Si steel sample after medium-temperature tempering (350 °С) В сталях с низким содержанием легирующих элементов подвижность дефектов кристаллической решетки в виде дислокаций имеет высокое значение, так как сильно влияет на величину твердости, которая достаточно быстро снижается с повышением температуры отпуска. Стоит также отметить, что наличие легирующих элементов, например таких как Mn, в составе стали в процессе отпуска могут легировать цементит [27]. При температуре отпуска 500 ºС структура преобразуется в ферритно-перлитную с незначительным процентом наблюдаемой фазы остаточного мартенсита. Такой отпуск снижает плотность дислокаций и плоскостных дефектов кристаллического строения. В результате перехода искаженного цементита в более равновесное состояние доля феррита в такой смеси достигает 60,9 %; доля перлита – 39,1 %. Общий балл структуры 7. При данной температуре происходит дальнейшее вытягивание сульфидов марганца вдоль границ зеренной структуры, что связано с увеличением пластичности данного соединения. Атмосферы, образованные диффундирующими атомами углерода, формируют вокруг включений дополнительные области с высокой коррозионной активностью (рис. 6). При дальнейшем увеличении температуры до 650 ºС структура приобретает равновесное состояние. Наблюдается появление зернистого перлита. Доля феррита составляет 64,6 %, доля перлита – 35,4 %, балл структуры – 7. Балл пер-

RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1