ФГБОУ ВО «Брянский государственный технический университет», Брянск, Россия:

Р. А. Богданов, доцент кафедры промышленной теплоэнергетики, канд. техн. наук, эл. почта: lpim-bra@yandex.ru

Рассмотрена корреляционная зависимость между ударной вязкостью и неметаллическими включениями (НВ) в изломах образцов из низколегированной литейной стали 20ГЛ, получаемой в мартеновских и электродуговых печах для вагонных отливок «рама боковая» и «балка надрессорная». Методом оптической микроскопии проведены металлографический и статистический анализы НВ согласно ГОСТ 1778–70 (метод Л) на основе программы Vestra image system на образцах из низколегированной литейной стали 20ГЛ с различной ударной вязкостью, с помощью которых выявили одну из причин низких значений ударной вязкости (KCV_–60 < 2·10² кДж/м²) — загрязненность НВ. На электронном растровом микроскопе реализован комбинированный подход к изучению НВ и металлической матрицы изломов в образцах из низколегированной литейной стали 20ГЛ с различной ударной вязкостью. Проведен микрорентгеноспектральный анализ НВ в точке излома образцов, выплавленных в мартеновской и электродуговой печах, который показал наличие крупных скоплений НВ в изломах образцов из стали 20ГЛ с низкими значениями ударной вязкости (KCV_–60 < 2·10² кДж/м²). Использование электронного растрового микроскопа позволило выполнить фрактограммы изломов в образцах с явно выраженной разнообразной морфологией НВ и различным рельефом металлической матрицы. Существенную роль на результаты ударной вязкости оказывает металлическая матрица образцов мартеновской и электродуговой плавок, что наглядно подтверждается наличием фасеток скола с ручьистым узором и язычков у хрупких, и небольших впадин у вязко-хрупких изломов, а также присутствием различных форм и размеров НВ. На основе микрорентгеноспектрального анализа приведены графики массового содержания химических элементов, содержащихся в НВ, металлической матрице, изломах образцов мартеновских и электродуговых плавок с различной ударной вязкостью.

1. Солнцев Ю. П. Хладостойкие стали и сплавы : учебник для вузов. — СПб. : Химиздат, 2017. — 476 c.
2. Зайцев А. И. Перспективные направления развития металлургии и материаловедения стали // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2019. Т. 75. № 4. С. 417–426.
3. Pekko J. Effects of non-metallic inclusions on fatigue properties of calcium treated steels. — Espoo : Helsinki University of Technology, 2004. — 100 с.
4. Totten G. E. Steel heat treatment: metallurgy and technologies. — Portland : Portland State University, 2007. — 832 p.
5. Murakami Y. Metal fatigue: effects of small defects and nonmetallic inclusions. — England : Elsevier Science, 2002. — 390 p.
6. Li S. X. Effects of inclusions on very high cycle fatigue properties of high strength steels // International Materials Reviews. 2012. Vol. 57. No. 2. P. 92–114.
7. Paek M.-K., Do K.-H., Kang Y.-B., Park J.-H., Pak J.-J. Inclusion thermodynamics for high-Al high-Mn advanced high strength steels. — Korea : Postech, 2012. P. 267–273.
8. Kaushik P., Pielet H., Yin H. Inclusion characterisation; tool for measurement of steel cleanliness and process control. Part 2 // Ironmaking and Steelmaking. 2009. Vol. 36, Iss. 8. P. 572–582.
9. Batista R. P., Martins A. A., Costa e Silva A. The effects of deoxidation practice on the quality of thin foil low-carbon steel // Journal of Mining and Metallurgy. Section B: Metallurgy. 2017. Vol. 53, Iss. 3. P. 357–363.
10. Денисенков А. Н. Повышение ударной вязкости стали 20ГЛ микролегированием // Заготовительные производства в машиностроении. 2013. № 11. С. 46–48.
11. Мовенко Д. А., Котельников Г. И., Павлов А. В., Быценко О. А. Влияние режимов микролегирования стали РЗМ на коррозионную активность неметаллических включений // Металлы. 2015. № 6. С. 25–31.
12. Богданов Р. А. Влияние модифицирования на ударную вязкость ответственных вагонных отливок из стали 20ГЛ // Заготовительные производства в машиностроении. 2021. Т. 19. № 7. С. 291–297.
13. Ruby-Meyer F., Hénault E., Rocher-Bakour M., Merchi F. Improvement of inclusion cleanness in bearing steels and Ca-treated steels // 7^th international conference on Clean Steel. 2007. Vol. 104. P. 585–590.
14. Стукалин С. В., Казанков А. Ю. Эволюция неметаллических включений в процессе внепечной обработки конструкционных сталей // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2015. № 1. С. 50–59.
15. Gaye H. Inclusion formation in steels. Chapter 3. The making, shaping and treating of steel. — Pittsburgh : AISE Steel Foundation, 2003. — 790 p.
16. Федоркова Н. Н. Исследование механизмов формирования неметаллических включений в стали 23Г2А // Металознавство та термічна обробка металів. 2017. № 2. С. 64–70.
17. Kaushik P., Lehmann J., Nadif M. State of the art in control of inclusions, their characterization, and future requirements // Metallurgical and Materials Transactions B. 2012. Vol. 43, Iss. 4. P. 710–725.
18. Cicutti C., Capurro C. Steel cleanliness evaluation techniques review. Application to different industrial cases. — Argentina : de la 21 Conferencia del Acero IAS, 2016. P. 371–380.
19. Kaushik P., Lowry M., Yin H., Pielet H. Inclusion characterisation for clean steelmaking and quality control // Ironmaking and Steelmaking. 2012. Vol. 39, Iss. 4. P. 284–300.
20. Богданов Р. А., Маркова Ю. М. Влияние компонентов и твердости микроструктуры стали 20ГЛ на ударную вязкость вагонных отливок // Черные металлы. 2021. № 5. С. 44–48. DOI: 10.17580/chm.2021.05.08.
21. Богданов Р. А. Ударная вязкость вагонных отливок в аспекте влияния твердости феррита и перлита стали 20ГЛ мартеновских плавок // Наука. Исследования. Практика: сборник статей международной научной конференции ГНИИ «Нацразвитие». 2021. С. 74–77.
22. Богданов Р. А. Твердость микроструктуры стали 20ГЛ электродуговых плавок как показатель ударной вязкости вагонных отливок // Сборник избранных статей по материалам научных конференций ГНИИ «Нацразвитие». 2021. С. 23–26.
23. ГОСТ 9454–78. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. — Введ. 01.01.1979. — М. : Издательство стандартов, 1978.
24. ГОСТ 32400–2013. Рама боковая и балка надрессорная литые тележек железнодорожных грузовых вагонов. — Введ. 01.07.2014. — М. : Стандартинформ, 2014.
25. ГОСТ 1778–70. Металлографические методы определения неметаллических включений. — Введ. 01.01.1972. — М. : Издательство стандартов, 1970.