Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия:
Н. И. Синицин, аспирант кафедры физики Института фундаментального образования, эл. почта: n.i.sinitsin@urfu.ru
О. А. Чикова, докт. физ.-мат. наук, профессор кафедры физики Института фундаментального образования, эл. почта: O.A.Chikova@urfu.ru
Д. С. Чезганов, канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник отдела оптоэлектроники и полупроводниковой техники Института естественных наук и математики, эл. почта: chezganov.dmitry@urfu.ru

Представлены результаты сравнительного изучения микроструктуры и кристаллического строения слитков стали 110Г13Л (стали Гадфильда), закристаллизованных после нагрева до 1450 и 1630 °C. Сталь Гадфильда известна высокой твердостью, износостойкостью и характеризуется содержанием 0,95–1,50 % (мас.) углерода и 11,5–15,0 % (мас.) марганца. Ранее авторами установлено, что нагрев жидкой стали 110Г13Л до температуры 1500 °C приводит к разрушению микрогетерогенности, что изменяет условия кристаллизации металла. Под микрогетерогенностью понимают наличие в жидкой стали дисперсных частиц, обогащенных марганцем, взвешенных в окружающей среде иного состава и отделенных от нее четкой межфазной поверхностью. Исследована связь между разрушением микрогетерогенного состояния жидкой стали 110Г13Л и изменением микроструктуры, кристаллического строения литого металла. Исследование проводили средствами оптической микроскопии и сканирующей электронной микроскопии (EDS-анализ и EBSD-анализ); использованы традиционные методы металлографии. Установлено, что разрушение микрогетерогенности жидкой стали 110Г13Л путем перегрева до 160 °C при охлаждении и последующей кристаллизации привело как к изменению микроструктуры слитка (возникла химическая неоднородность дендритов аустенита по марганцу, на границах дендритов исчезли карбиды и признаки распада аустенита, возросла пористость), так и к изменению кристаллического строения слитка (возросла доля малоугловых границ зерен, уменьшилась величина локальных механических напряжений). Указанные изменения микроструктуры и кристаллического строения слитка стали 110Г13Л вследствие разрушения микрогетерогенности должны вызвать повышение пластичности и коррозионной стойкости металла.

Работа выполнена с использованием оборудования УЦКП «Современные нанотехнологии» УрФУ.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-33-90198.

1. Lin P., Palumbo G., Erb U., Aust K. T. Influence of grain-boundary-character-distribution on sensitization and intergranular corrosion of alloy-600 // Scripta metallurgica materialia. 1995. Vol. 33. P. 1387–1392.
2. Palumbo J., King P. J., Aust K. T. et al. Grain-boundary design and control for inergranular stress-corrosion resistance // Scripta metallurgica materialia. 1991. Vol. 25, Iss. 8. P. 1775–1780.
3. Вдовин К. Н., Феоктистов Н. А., Горленко Д. А., Копцева Н. В. Износ отливок из высокомарганцевой стали // Черные металлы. 2018. № 9. С. 48–53.
4. Хербиг М., Либшер К., Шой К., Хикель Т. Легкая высокопрочная марганцевая сталь: прогресс через атомарное восприятие // Черные металлы. 2018. № 12. С. 64–65.
5. Kolokoltsev V. M., Vdovin K. N., Gorlenko D. A., Gulin A. E. Calculation of stacking fault energy and its influence on abrasive wear resistance of Hadfield cast steel cooled at different rates // CIS Iron and Steel Review. 2016. Vol. 11. P. 35–40.
6. Vdovin K. N., Gorlenko D. A., Feoktistov N. A., Dubrovin V. K. Study of the effect of complex alloying of high-manganese steel by Ti–Ca–N alloying composition on its microstructure, mechanical and operating properties // CIS Iron and Steel Review. 2017. Vol. 13. P. 17–23.
7. Vdovin K. N., Feoktistov N. A., Gorlenko D. A., Nikitenko O. A. Investigation of microstructure of high-manganese steel, modifi ed by ultradispersed powders, on the base of compounds of refractory metals // CIS Iron and Steel Review. 2017. Vol. 14. P. 34–40.
8. Kveglis L. I., Noskov F. M., Kazantseva V. V. et al. Fe–Mn–C alloys with anomalous volume of crystal lattice // Bulletin of the Russian Aca demy of Sciences. Physical series. 2008. Vol. 72. No. 8. P. 1169–1171.
9. Синицкий Е. В., Нефедьев А. А., Ахметова А. А. и др. Обзор результатов исследований, направленных на улучшение свойств отливок из высокомарганцевой стали // Теория и технология металлургического производства. 2016. № 2. С. 45–57.
10. Тен Э. Б., Лихолобов Е. Ю. Совершенствование технологии выплавки стали 110Г13Л путем контроля окисленности ее расплава // Литейщик России. 2011. № 12. С. 12–14.
11. Вдовин К. Н., Феоктистов Н. А., Горленко Д. А. и др. Исследование влияния процесса кристаллизации стали марки 110Г13Л на ее свойства // Литейные процессы. 2015. № 14. C. 29–36.
12. Буданов Е. Н. Производство отливок из стали 110Г13Л технологией вакуумно-пленочной формовки // Литейное производство. 2014. № 9. C. 28–31.
13. Chikova O. A., Sinitsin N. I., V’yukhin V. V. Parameters of the Microheterogeneous Structure of 110G13L Liquid Steel // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2019. Vol. 93, Iss. 8. P. 1435–1442.
14. Sabzi M., Far S. M., Dezfuli S. M. Effect of melting temperature on microstructural evolutions, behavior and corrosion morphology of Hadfield austenitic manganese steel in the casting process // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2018. Vol. 25, Iss. 12. P. 1431–1438.
15. Chezganov D. S., Chikova O. A., Borovykh M. A. Effect of heat treatment on the crystal structure of deformed samples of chromium–manganese steel // Physics of Metals and Metallography. 2017. Vol. 118. No. 9. P. 857–863.
16. Harzallah R., Mouftiez A., Felder E., Hariri S., Maujean J.-P. Rolling contact fatigue of Hadfi eld steel X120Mn12 // Wear. 2010. Vol. 269. No. 9-10. P. 647–654.
17. Feng X., Zhang F., Zheng C., Lü B. Micromechanics behavior of fatigue cracks in Hadfield steel railway crossing // Science China Technological Sciences. 2013. Vol. 56, Iss. 5. P. 1151–1154.
18. Wang X.-J., Sun X.-J., Song C. et al. Grain Size-Dependent Mechanical Properties of a High-Manganese Austenitic Steel // Acta MetallurgicaSinica (English Letters). 2019. Vol. 32. No. 6. P. 746–754.
19. Machado P. C., Pereira J. I., Penagos J. J. et al. The effect of in-service work hardening and crystallographic orientation on the micro-scratch wear of Hadfield steel // Wear. 2017. Vol. 376–377. Part B. P. 1064–1073.
20. Li Y., Gu D. Parametric analysis of thermal behavior during selective laser melting additive manufacturing of aluminum alloy powder // Materials and Design. 2014. Vol. 63. P. 856–867.
21. Mouralova K., Benes L., Bednar J. et al. Using a DoE for a comprehensive analysis of the surface quality and cutting speed in WED-machined hadfield steel // Journal of Mechanical Science and Technology. 2019. Vol. 33, Iss. 5. P. 2371–2386.
22. Gorlenko D., Vdovin K., Feoktistov N. Mechanisms of cast structure and stressed state formation in Hadfield steel // China Foundry. 2016. Vol. 13. No. 6. P. 433–442.