Do niedawna głównym wyzwaniem

Podobne dokumenty
Nowoczesne stale bainityczne

Stal - definicja Stal

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Wykład 8. Przemiany zachodzące w stopach żelaza z węglem. Przemiany zachodzące podczas nagrzewania

Inżynieria materiałowa : stal / Marek Blicharski. wyd. 2 zm. i rozsz. - 1 dodr. (PWN). Warszawa, Spis treści. Wstęp 11

Obróbka cieplna stali

HUTNICTWO I ODLEWNICTWO

Akademia Morska w Szczecinie Instytut InŜynierii Transportu Zakład Techniki Transportu. Materiałoznawstwo i Nauka o materiałach

Technologia obróbki cieplnej. Grzanie i ośrodki grzejne

Obróbka cieplna stali

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. II. Przemiany austenitu przechłodzonego

STABILNOŚĆ STRUKTURALNA STALI P92 W KSZTAŁTOWANYCH PLASTYCZNIE ELEMENTACH RUROCIĄGÓW KOTŁÓW ENERGETYCZNYCH ANDRZEJ TOKARZ, WŁADYSŁAW ZALECKI

6. OBRÓBKA CIEPLNO - PLASTYCZNA

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. I. Wyżarzanie

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ

Stale niestopowe jakościowe Stale niestopowe specjalne

Metaloznawstwo II Metal Science II

MIKROSKOPIA METALOGRAFICZNA

ĆWICZENIE Nr 7. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

PIERWIASTKI STOPOWE W STALACH. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Zaawansowane stale wysokowytrzymałe dla przemysłu motoryzacyjnego - geneza, cykl wytwarzania, właściwości mechaniczne i użytkowe. R.

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ STOPÓW ŻELAZA WYŻARZANIE 1. POJĘCIA PODSTAWOWE 2. PRZEMIANY PRZY NAGRZEWANIU I POWOLNYM CHŁODZENIU STALI 3.

STALE STOPOWE KONSTRUKCYJNE. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH NA WŁASNOŚCI STOPU ALUMINIUM KRZEM O NADEUTEKTYCZNYM SKŁADZIE

Technologie Materiałowe II Wykład 2 Technologia wyżarzania stali

Zespół Szkół Samochodowych

STALE STOPOWE KONSTRUKCYJNE

Odpuszczanie (tempering)

BADANIE WPŁYWU PARAMETRÓW PROFILU TEMPERATUROWEGO DLA PROCESU WYŻARZANIA CIĄGŁEGO NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE BLACH CIENKICH ZE STALI DP

Zakres tematyczny. Podział stali specjalnych, ze względu na warunki pracy:

OBRÓBKA CIEPLNA. opracował dr inż. Stanisław Rymkiewicz

PIERWIASTKI STOPOWE W STALACH

KONSTRUKCJE METALOWE - LABORATORIUM. Produkcja i budowa stali

Kształtowanie struktury i własności użytkowych umacnianej wydzieleniowo miedzi tytanowej. 7. Podsumowanie

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ

Wykład 9 Obróbka cieplna zwykła

Własności technologiczne stali wielofazowych dla motoryzacji. wysokowytrzymałych blach OBRÓBKA

Austenityczne stale nierdzewne

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

MIKROSKOPIA METALOGRAFICZNA

MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE

Normalizacja i ocena jakości metali. Stale spawalne o podwyższonej wytrzymałości

TERMITOWA SPAWALNOŚĆ BAINITYCZNYCH STALI SZYNOWYCH (NA PRZYKŁADZIE CRB1400, PROFIL 60E1/2)

WPŁYW TEMPERATURY HARTOWANIA NA MIKROSTRUKTURĘ I WŁASNOŚCI MECHANICZNE STALI DP

Ćwiczenie 6 HARTOWNOŚĆ STALI. 1. Cel ćwiczenia. 2. Wprowadzenie

PL B1 (13) B1. (51) IntCl6: C23C 8/26. (54) Sposób obróbki cieplno-chemicznej części ze stali nierdzewnej

SPRAWOZDANIE Z MATERIAŁOZNAWSTWA - LABORATORIUM OBRÓBKA CIEPLNA STALI

Ćwiczenie nr 2 Temat: Umocnienie wydzieleniowe stopu Al z Cu + umocnienie stali

5. Wyniki badań i ich omówienie

Stale narzędziowe - stopy przeznaczone na narzędzia tj. przedmioty służące do rozdzielania i rozdrabniania materiałów bądź nadawania kształtu przez

Stale narzędziowe. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Co to jest stal nierdzewna? Fe Cr > 10,5% C < 1,2%

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

STALE NARZĘDZIOWE DO PRACY NA GORĄCO

Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym

Wykresy CTPi ułamek Na podstawie krzywych kinetycznych tworzy się wykresy CTP

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Inżynieria Materiałowa Studia I stopnia

Ćwiczenie nr 3 Statyczna próba jednoosiowego rozciągania. Umocnienie odkształceniowe, roztworowe i przez rozdrobnienie ziarna

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Inżynieria Materiałowa Studia I stopnia

Porównanie własności mechanicznych i trwałości zmęczeniowej drutów z niskowęglowej stali TRIP z drutami ze stali D45

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PLASTYCZNOŚĆ. Zmiany makroskopowe. Zmiany makroskopowe

Stale austenityczne. Struktura i własności

Technologie Materiałowe II

Materiałoznawstwo. Wzornictwo Przemysłowe I stopień ogólnoakademicki stacjonarne wszystkie Katedra Technik Komputerowych i Uzbrojenia

PYTANIA NA EGZAMIN DYPLOMOWY MAGISTERSKI

ĆWICZENIE Nr 5. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

Mechanika i Budowa Maszyn II stopień (I stopień / II stopień) Ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 08/13

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 08/13

Spawalność wysokowytrzymałych stali wielofazowych AHSS

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

ROZPRAWA DOKTORSKA. Wpływ parametrów obróbki cieplno plastycznej na mikrostrukturę. i wybrane własności spiekanej stali Fe-0,85Mo-0,65Si-1,4C

Zespół Szkół Samochodowych

STOPY ŻELAZA. Cz. I. Stale niestopowe konstrukcyjne i o szczególnych właściwościach, staliwa i żeliwa niestopowe

Ocena mikrostruktury doczołowych złączy spawanych wiązką lasera stali wysokowytrzymałej

Nauka o Materiałach. Wykład IX. Odkształcenie materiałów właściwości plastyczne. Jerzy Lis

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA ZIMNO

27/36 BADANIE PROCESÓW ODPUSZCZANIA STALI SW7.M PO HARTOWANIU LASEROWYM

WPŁYW TEMPERATURY WYŻARZANIA NA WIELKOŚĆ ZIARNA

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Wykład IX: Odkształcenie materiałów - właściwości plastyczne

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Stopy żelaza. Mechanika i Budowa Maszyn I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

PROCESY PRODUKCYJNE WYTWARZANIA METALI I WYROBÓW METALOWYCH

Mikrostruktura i właściwości stali o wysokiej wytrzymałości AHSS

Stopy żelaza Iron alloys

WPŁYW MIKROSTRUKTURY NA WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI NOWOCZESNYCH STALI KONSTRUKCYJNYCH AHSS

Recenzja Pracy Doktorskiej

Ćwiczenie nr 4 Anizotropia i tekstura krystalograficzna. Starzenie po odkształceniu

Mechanika i Budowa Maszyn II stopień (I stopień / II stopień) Ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Materiały metalowe. Wpływ składu chemicznego na struktur i własnoci stali. Wpływ składu chemicznego na struktur stali niestopowych i niskostopowych

STOPY Z PAMIĘCIA KSZTAŁTU

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA GORĄCO

Ich właściwości zmieniające się w szerokim zakresie w zależności od składu chemicznego (rys) i technologii wytwarzania wyrobu.

Technologie Materiałowe II Wykład 3 Technologia hartowania stali

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WYBRANE WŁASNOŚCI STALIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA GORĄCO

LAF-Polska Bielawa , ul. Wolności 117 NIP: REGON:

Transkrypt:

Obróbka cieplna wysokowytrzymałych stali wielofazowych DR HAB. INŻ. Adam Grajcar, PROF. POL. ŚL. (ADAM.GRAJCAR@POLSL.PL), INSTYTUT MATERIAŁÓW INŻYNIERSKICH I BIOMEDYCZNYCH, WYDZIAŁ MECHANICZNY TECHNOLOGICZNY, POLITECHNIKA ŚLĄSKA Nowoczesne materiały konstrukcyjne muszą łączyć wysoką wytrzymałość i odporność na pękanie, a także wykazywać dużą podatność na odkształcenia technologiczne. Podczas gdy pierwsze dwa parametry można z powodzeniem polepszyć przez rozdrobnienie ziarna, to zapewnienie dużej odkształcalności blach, prętów i kształtowników stalowych wymaga innego podejścia materiałowego. Coraz częściej połączenie wymienionych parametrów mechanicznych wymaga zastosowania stali o mikrostrukturze wielofazowej, kształtowanej podczas kilkuetapowej obróbki cieplnej. Koegzystencja kilku składników strukturalnych o odmiennych własnościach mechanicznych czyni współczesne stale wielofazowe podobnymi do materiałów kompozytowych, łączących efektywnie odmienne własności. Do niedawna głównym wyzwaniem projektantów materiałowych wyznaczających kierunki rozwoju współczesnych materiałów konstrukcyjnych było dążenie do wzrostu własności wytrzymałościowych, tj. granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie, co pozwala na efektywne zwiększenie możliwości przenoszenia obciążeń przez elementy konstrukcyjne o obniżonej masie. Zwiększenie wytrzymałości właściwej jest szczególnie istotne dla wyrobów stalowych, ze względu na relatywnie dużą gęstość żelaza. W tym aspekcie nowoczesne stale muszą często konkurować ze stopami metali nieżelaznych, spośród których stopy magnezu, aluminium i tytanu charakteryzują się mniejszą gęstością. Ostra konkuren- Heat treatment of high-strength multiphase steels Słowa kluczowe: obróbka cieplna, hartowanie, wyżarzanie niezupełne, mikrostruktura wielofazowa, stal wysokowytrzymała Keywords: heat treatment, quenching, intercritical annealing, multiphase microstructure, high-strength steel Modern structural materials have to combine high strength, toughness and technological formability. The former two parameters are usually improved through grain refinement, whereas the desired deformability of steel sheets, rods, and sections requires other material approach. The mentioned mechanical parameters can be more often obtained when using multiphase microstructure steels, which are formed during a multi-step heat treatment. The coexistence of several structural constituents of different mechanical properties makes current multiphase steels similar to composite materials, which combine effectively different properties. cja na rynku materiałów konstrukcyjnych zaowocowała rozwojem nowych stali, a także innowacyjnymi rozwiązaniani w zakresie nowych stopów metali lekkich. W obu przypadkach jednym z głównych sposobów zwiększenia własności wytrzymałościowych materiałów konstrukcyjnych jest rozdrobnienie ziarna, najczęściej połączone z utwardzaniem wydzieleniowym [1]. Te mechanizmy umocnienia wymagają zachowania reżimu technologicznego stosowanych obróbek cieplnych, które najczęściej składają się na złożony cykl procesów obróbki cieplno-plastycznej. Nowoczesne technologie kształtowania wyrobów, na potrzeby np.: motoryzacji, kolejnictwa, okrętownictwa i innych gałęzi przemysłu, wymagają stosowania stali o bardzo dobrej odkształcalności, wymaganej do przetworzenia blachy, pręta itp. do gotowej postaci finalnej elementu konstrukcyjnego. Współcześnie wymagania te spełniają stale o mikrostrukturze wielofazowej, które coraz częściej znajdują zainteresowanie w przemyśle. Połączenie wysokiej odkształcalności technologicznej z wysoką wytrzymałością wymaga wytworzenia stali składających się z kilku składników strukturalnych o odmiennych własnościach mechanicznych [2]. W artykule przedstawiono podstawy projektowania materiałowego stali wielofazowych oraz rozwiązania różnych typów obróbki cieplnej stosowanych dla tych stali o różnym poziomie wytrzymałości i odkształcalności technologicznej. Charakterystyki mechaniczne Mikrostruktura klasycznej stali konstrukcyjnej zawiera ferryt i perlit o udziałach zależnych od zawartości w stali węgla (ewentualnie dodatków stopowych). Ze względu na niską wytrzymałość ferrytu oraz relatywnie niską wytrzymałość perlitu (właściwie jego małą podatność na umocnienie odkształceniowe) typowa obróbka cieplna stosowana w celu zwiększenia wytrzymałości stali polega na jej zahartowaniu, tj. przemianie austenitu w przesycony roztwór węgla w żelazie. Duża twardość i wytrzymałość martenzytu wynikają z wymuszonego zatrzymania nadmiarowej zawartości węgla w fazie ferrytycznej, która w odróżnieniu od austenitu prawie nie rozpuszcza węgla. Duże naprężenia strukturalne oraz termiczne towarzyszące przemianie martenzytycznej powodują jednak, że stal o takiej mikrostrukturze jest krucha i praktycznie bezużyteczna w tym stanie strukturalnym. Z tego względu po hartowaniu stosuje się odpuszczanie w celu zniwelowania naprężeń hartowniczych oraz przywrócenia ciągliwości stali. Końcowa mikrostruktura martenzytu odpuszczonego składa się z listew martenzytu o zmniejszonej zawartości węgla (w porównaniu do stanu zahartowanego) oraz węglików wydzielonych podczas odpuszczania wskutek procesów dyfuzyjnych. Końcowa wytrzymałość stali zależy od składu chemicznego stali oraz temperatury odpuszczania, która determinuje stopień zmniejszenia prze- 15

sycenia martenzytu węglem oraz udział i morfologię węglików. Stale o mikrostrukturze martenzytu odpuszczonego wykazują umiarkowaną podatność na umocnienie odkształceniowe, tzn. przyrost naprężenia wywołany ich odkształceniem plastycznym. Z tego względu ich umowna granica plastyczności (R p0,2 ) jest zbliżona do wytrzymałości na rozciąganie (R m ). Objawia się to małym pochyleniem krzywej rozciągania po przekroczeniu granicy plastyczności. Stale o takiej charakterystyce mechanicznej nadają się do budowy różnego typu konstrukcji (mosty, budynki, dźwigi, suwnice itp.), składających się z blach, prętów i kształtowników, które łączone są technikami spawalniczymi. Nie wymagają one więc zazwyczaj dalszego kształtowania plastycznego. Podobne charakterystyki mechaniczne wykazują różne części maszyn wykonywane technikami obróbki skrawaniem oraz odkuwki kształtowane na gotowo w procesie wytwórczym. W przypadku taśm stalowych kształtowanych w procesie tłoczenia, gięcia itp. wymagany jest całkiem inny przebieg charakterystyki mechanicznej, tzn. taki, jak przedstawiony na rys. 1. Od taśmy stalowej w stanie wyjściowym wymagany jest niski iloraz R p0,2 /R m, świadczący o dużej podatności na umocnienie odkształceniowe. Oznacza to, że podczas formowania blachy naciski występujące na prasach będą relatywnie niskie, a formowana wytłoczka będzie stopniowo umacniana w trakcie jej powstawania. Gotowy element konstrukcyjny (np. element karoserii samochodu) będzie miał wyższą granicę plastyczności, przy większej wartości ilorazu R p0,2 /R m. Najczęściej od takich elementów konstrukcyjnych Rys. 1. Schematyczne przedstawienie zależności pomiędzy umowną granicą plastyczności (R p0,2 ) oraz wytrzymałością na rozciąganie (R m ) dla taśm stalowych poddawanych kształtowaniu technologicznemu wymaga się jednak nadal pewnego zapasu plastyczności, wymaganego w warunkach eksploatacji. Dobrym przykładem jest konieczność dalszej możliwości odkształcania elementu konstrukcyjnego nadwozia pojazdu podczas kolizji drogowej (zachodzi wtedy dalsze umocnienie stali, a wartość R p0,2 dopiero teraz powinna się zbliżać do R m ). Podobnie dużego zapasu plastyczności wymagają także pręty przeznaczone do ciągnienia drutu na zimno, podczas którego występuje znaczne umocnienie odkształceniowe [3]. Dlaczego mikrostruktura wielofazowa? Jak wcześniej wspomniano, stale o mikrostrukturze martenzytu odpuszczonego mają ograniczoną podatność na umocnienie odkształceniowe. Podobnie zachowują się stale o mikrostrukturze ferrytyczno-perlitycznej. Pomimo występowania dwóch składników strukturalnych (miękkiego ferrytu i twardszego perlitu) przyrost naprężenia podczas kształtowania technologicznego takich stali jest relatywnie mały. Wynika to z ograniczonej twardości perlitu, jego rozmieszczenia oraz wielkości wysepek zbliżonej do wielkości ziaren ferrytu. W szczególności płytkowa budowa perlitu oraz jego szkieletowe rozmieszczenie nie sprzyjają dużej szybkości umocnienia odkształceniowego w miarę postępującego odkształcenia technologicznego [1, 4]. W efekcie przyrost umocnienia jest relatywnie mały, a elementy bez wad (typu pęknięcia itp.) można kształtować jedynie w ograniczonym zakresie. Znacznie lepszą podatność na umocnienie odkształceniowe wykazują stale o mikrostrukturze wielofazowej składającej się z miękkiej osnowy ferrytycznej oraz wysepek fazy wzmacniającej o twardości wyższej od twardości perlitu. W przypadku stali warunek ten spełniają wysepki martenzytu oraz bainitu. Przykładowe składy chemiczne typowych stali wielofazowych o osnowie ferrytycznej wraz z rodzajem fazy umacniającej przedstawia tab. 1. Dalszy wzrost wytrzymałości możliwy jest przez zastąpienie osnowy ferrytycznej przez bainit, ultradrobnoziarnisty ferryt lub martenzyt. W tym wypadku drugą fazą jest metastabilny austenit szczątkowy, który pod działaniem obciążeń mechanicznych ulega zazwyczaj kontrolowanej przemianie martenzytycznej [5]. RODZAJ STALI SKŁAD CHEMICZNY, % WAG. FAZA OSNOWA C Mn Si Al Mo Cr INNE UMACNIAJĄCA dwufazowa: FB 0,08 0,80 0,50 0,03Nb ferryt bainit dwufazowa: FM 0,10 1,50 0,20 0,8 ferryt martenzyt wielofazowa: TRIP 0,20 1,50 1,50 ferryt bainit/mart. odksz. wielofazowa: CP 0,15 1,50 0,30 0,20 0,30 Ti, Nb ferryt drobnoziarnisty bainit/ martenzyt bainityczna: TRIP 0,25 1,50 0,80 0,70 0,20 bainit mart. odksz. średniomanganowa 0,10 7,0 1,0 1,0 ferryt ultradrobnoziarnisty mart. odksz. martenzytyczna: QP 0,30 2,0 1,5 0,5 martenzyt mart. odksz. martenzytyczna: HF 0,22 1,55 0,20 0,003B martenzyt martenzyt/austenit nanobainityczna 0,30 2,0 1,5 1,5 0,3 0,3 Nb, B nanobainit mart. odksz. Tab. 1. Typowe składy chemiczne oraz mikrostruktura wysokowytrzymałych stali wielofazowych 16

Wzajemna interakcja równomiernie rozmieszczonych wysepek martenzytycznych lub bainitycznych oraz indukowana odkształceniem przemiana martenzytyczna, a także drobnodyspersyjne wydzielenia węglikoazotków (np. w stalach typu Complex Phase) są przyczyną istotnego umocnienia odkształceniowego w trakcie formowania blach, prętów itp. W przypadku stopniowego przebiegu umocnienia, co można zapewnić przez kontrolę udziału objętościowego faz miękkich i twardych, ich wielkości, a także przez odpowiednią metastabilność austenitu, możliwy jest równoczesny przyrost wytrzymałości i plastyczności stali wielofazowych. Sprowadza się to do korzystnego opóźnienia tzw. warunku Considere, z którego wynika, że pojawienie się przewężenia w próbie rozciągania równoznaczne z lokalizacją odkształcenia wystąpi, gdy wzrost naprężenia spowodowany zmniejszeniem przekroju poprzecznego próbki będzie większy od przyrostu naprężenia spowodowanego umocnieniem odkształceniowym [1, 4]. Zwiększenie wydłużenia równomiernego (dzięki opóźnieniu zainicjowania tworzenia się szyjki) w warunkach formowania technologicznego odpowiada późniejszemu pojawieniu się pęknięć technologicznych (większa plastyczność taśmy stalowej). Rola węgla oraz mikrostruktura stali wielofazowych Składy chemiczne wysokowytrzymałych stali wielofazowych są nieco wzbogacone pierwiastkami stopowymi w porównaniu do stali wysokowytrzymałych typu HSLA. Warunkiem niezbędnym połączenia wysokiej wytrzymałości i plastyczności po obróbce cieplnej jest wysoka czystość metalurgiczna, która związana jest z minimalną obecnością w stali gazów oraz zanieczyszczeń siarki i fosforu. Cechą charakterystyczną stali wielofazowych jest występowanie w ich składzie chemicznym krzemu i/lub aluminium, co można zaobserwować w tab. 1. Stężenie tych pierwiastków w stalach konwencjonalnych jest ograniczone zazwyczaj poniżej 0,03% wag., podczas gdy w stalach wielofazowych ich sumaryczna zawartość często wynosi od 1 do 2%. Krzem i aluminium należą do pierwiastków grafityzujących, dlatego najczęściej kojarzy się je z żeliwami szarymi, w przypadku których zależy nam na występowaniu węgla w postaci grafitu, a nie w postaci związanej w cementyt (jak to ma miejsce w żeliwach białych). W przypadku stali wielofazowych nie zależy nam na tworzeniu grafitu, lecz na hamującym oddziaływaniu Si i Al na proces wydzieleniowy węglików [5, 6]. Biorąc pod uwagę skład chemiczny stali wielofazowych, największe niebezpieczeństwo sprowadza się do wydzielania cementytu (czasem węglików chromu) w zakresie przemiany perlitycznej i bainitycznej. Cementyt konsumuje znaczącą część węgla, a w większości stali wymienionych w tab. 1 zależy nam na stabilizacji termicznej części austenitu do temperatury pokojowej. W przypadku wydzielenia węglików podczas chłodzenia możliwości zachowania austenitu szczątkowego w temperaturze pokojowej są bliskie zera. Wynika stąd, że stale wielofazowe nie zawierają perlitu, a wprowadzenie do stali Si i/lub Al oraz kilkuetapowa obróbka cieplna mają na celu wytworzenie tzw. bainitu bezwęglikowego. Podczas jego tworzenia następuje stopniowe wzbogareklama 17

canie austenitu w węgiel (możliwe tylko wówczas, gdy nie doszło do powstania perlitu lub wydzieleń bainitycznych). Bainit bezwęglikowy pod kątem strukturalnym zbliżony jest do klasycznego bainitu, lecz zamiast międzylistwowych lub wewnątrzlistwowych wydzieleń cementytu zawiera austenit szczątkowy lub tzw. wyspy typu MA (martenzytyczno-austenityczne) [2, 5]. Profile chłodzenia stali wielofazowych Wysokowytrzymałe stale wielofazowe w tab. 1 zestawiono w kolejności ich poziomu wytrzymałości: w przybliżeniu od najmniejszego do największego. Własności wytrzymałościowe w decydujący sposób zależą od rodzaju osnowy, tzn. w rosnącym kierunku: ferryt ferryt drobnoziarnisty ferryt ultradrobnoziarnisty bainit (rozumiany tutaj jako bainit bezwęglikowy) martenzyt. Ponadto tak jak w przypadku materiałów kompozytowych końcowe własności mechaniczne zależą od udziału i morfologii fazy wzmacniającej, którą mogą być: bainit, martenzyt lub martenzyt odkształceniowy (mart. odksz.). W przypadku stali wielofazowych szczególne znaczenie ma ostatni z wymienionych składników strukturalnych, powstający w wyniku indukowanej odkształceniem przemiany martenzytycznej austenitu szczątkowego [4]. Z tego względu obecne badania światowe koncentrują się na opracowaniu składów chemicznych oraz obróbek cieplnych stali wielofazowych o dużym udziale austenitu szczątkowego [7]. Rys. 2. Schematyczne przedstawienie różnych typów obróbki cieplnej stosowanych w celu wytworzenia stali wielofazowych Stale dwufazowe typu FB Stale te charakteryzują się ubogim składem chemicznym, co predysponuje je do produkcji masowej. Konsekwencjami małego stężenia węgla oraz dodatków stopowych są ich bardzo dobra spawalność i zgrzewalność, co ma istotne znaczenie dla zastosowań motoryzacyjnych. Mają one małą hartowność, co uwidocznione jest przez ich wysoką temperaturę i B s. Ich obróbka cieplna jest relatywnie prosta i sprowadza się do wyżarzania w zakresie współistnienia austenitu i ferrytu oraz następnego przyspieszonego chłodzenia (rys. 2a). Ze względu na małą hartowność austenit wzbogacony w węgiel podczas wyżarzania międzykrytycznego przemienia się w bainit. W przypadku gdy istotna jest wytrzymałość zmęczeniowa, stale te produkowane są najczęściej jako gorącowalcowane [8]. Stale dwufazowe typu FM Stale te są najbardziej popularnym gatunkiem stali wielofazowych. Składają się z miękkiej osnowy ferrytycznej, która wynosi najczęściej od 80 do 60%. Ich obróbka cieplna jest analogiczna jak w przypadku stali FB (rys. 2b). Szybkość chłodzenia z temperatury wyżarzania międzykrytycznego zależy od składu chemicznego, tzn. im mniejsze stężenie C i dodatków stopowych, tym powinna być ona większa. W przypadku stosowania do obróbki cieplnej pieców kołpakowych skład chemiczny musi być bogaty, w odróżnieniu od wyżarzania ciągłego realizowanego w zintegrowanych liniach technologicznych [9]. Ze względu na nieco większe stężenie węgla oraz dodatków stopowych (np. chromu) mają one większą hartowność (niższa temperatura ), co prowadzi do wytworzenia wysepek martenzytu pomiędzy ziarnami osnowy ferrytycznej. Stale wielofazowe typu TRIP Stale te składają się z osnowy ferrytycznej oraz wysepek bainitycznych i bainityczno-austenitycznych. Konieczność zachowania w mikrostrukturze austenitu szczątkowego wymaga nieco większego stężenia węgla (co utrudnia spawalność blach taśmowych), dodatków w postaci Si i/lub Al oraz bardziej skomplikowanej obróbki cieplnej. Oprócz wyżarzania międzykrytcznego, w którym kształtuje się udział ferrytu, stosuje się dodatkowe wyżarzanie blach taśmowych w zakresie przemiany bainitycznej (rys. 2c). W tym zakresie temperaturowym pozostały austenit (nieprzemieniony w ferryt oraz bainit) jest wzbogacany w węgiel, dzięki czemu temperatura początku przemiany martenzytycznej fazy skutecznie obniża się poniżej temperatury pokojowej. W efekcie końcowym możliwe jest zachowanie w finalnej mikrostrukturze około 10-15% austenitu szczątkowego (pod warunkiem skutecznego wyeliminowania tworzenia się perlitu oraz wydzielania węglików w zakresie bainitycznym). 18

Stale wielofazowe typu CP W przypadku stali Complex Phase ich osnowę stanowi ferryt drobnoziarnisty, przy czym udział tej fazy jest ograniczony zazwyczaj do około 40-50%. W odróżnieniu od stali DP i TRIP od stali CP wymaga się głównie dużej granicy plastyczności i zdolności pochłaniania energii. Drobnoziarnisty ferryt kształtuje się z udziałem dyspersyjnych cząstek węglikoazotków tytanu i/lub niobu, podobnie jak w przypadku stali typu HSLA [10]. Po ukształtowaniu ferrytu przez wyżarzanie międzykrytyczne (lub częściej bezpośrednio po walcowaniu na gorąco) przebieg obróbki cieplnej jest analogiczny jak dla stali TRIP (rys. 2d). Wyjątkiem jest krótszy czas wytrzymania izotermicznego stali w zakresie przemiany bainitycznej. Konsekwencją tego jest mniejszy udział austenitu szczątkowego w stali, zastąpiony martenzytem tworzącym się w końcowym etapie chłodzenia stali do temperatury pokojowej. Stale bainityczne typu TRIP Wzrost własności wytrzymałościowych stali wielofazowych można uzyskać przez zastąpienie osnowy ferrytycznej przez bainit. Klasycznie wyeliminowanie węglików osiąga się przez zastosowanie Al i/lub Si. Stale o strukturze bainitycznej z metastabilnym austenitem szczątkowym przewidziane są do zastosowania w postaci blach taśmowych, ale także jako odkuwki oraz walcówka do wytwarzania drutu [3]. Ich obróbka cieplna to klasyczne hartowanie izotermiczne z austenityzowaniem stali powyżej temperatury A c3 i ochłodzenie do zakresu przemiany bainitycznej (rys. 2e), gdzie tworzy się bainit oraz stabilizuje austenit. W warunkach przemysłowych dużym wyzwaniem jest utrzymanie reżimu temperaturowego podczas obróbki izotermicznej, w trakcie której mogą występować znaczne różnice temperatury pomiędzy różnymi częściami produkowanego wyrobu stalowego [11]. Stale średnio manganowe W stalach tych dąży się do maksymalizacji udziału austenitu szczątkowego, który kształtuje się zazwyczaj na poziomie od 20 do 40%. Stabilizację tak znacznego udziału fazy uzyskuje się w wyniku dodania od 3 do 12% manganu (najczęściej między 5 a 8%) oraz poprzez rozdrobnienie ziaren (rośnie wówczas stabilność austenitu szczątkowego spada temperatura początku przemiany martenzytycznej). Ich obróbka cieplna jest bardzo podobna jak w przypadku stali DP, tzn. po wytrzymaniu w zakresie międzykrytycznym następuje ochłodzenie stali do temperatury pokojowej (rys. 2f). Ze względu na silne rozdrobnienie mikrostruktury (mieszanina + tworzy się z drobnopłytkowego martenzytu listwowego) oraz dużą zawartość Mn temperatura jest niższa od temperatury pokojowej, co stabilizuje austenit szczątkowy. Stale martenzytyczne typu QP Stale te wykazują mieszaninę martenzytu i austenitu szczątkowego. Ich obróbka cieplna polega na austenityzowaniu stali powyżej A c3 (rzadziej w zakresie międzykrytycznym) oraz następnym ochłodzeniu nieco poniżej temperatury w celu realizacji częściowej przemiany martenzytycznej (Q quenching). W kolejnym etapie stosuje się nagrzanie stali do temperatury nieco wyższej od i wytrzymanie izotermiczne, podczas którego następuje wzbogacenie austenitu w węgiel (P partitioning), jednak tym razem nie z ferrytu bainitycznego, lecz z listew martenzytycznych (rys. 2g). Część austenitu ulega przemianie w struktury typu bainitycznego [12]. Stale martenzytyczne typu HF Stale te należą do grupy stali martenzytycznych. Ich obróbka cieplna polega na hartowaniu z zakresu stabilności fazy, w trakcie którego tworzy się martenzyt (rys. 2h). Charakterystyczną cechą tych stali jest jednak zastosowanie hartowania z prasą po wcześniejszym tłoczeniu elementu na gorąco. Do kształtowania elementu wykorzystuje się więc plastyczność austenitu, podczas gdy gotowa wytłoczka ma własności wytrzymałościowe typowe dla struktur martenzytycznych. Ze względu na podwyższoną zawartość Mn oraz naprężenia wywołane odkształceniem czasem listwy martenzytu oddzielone są filmami austenitu szczątkowego. Stale nanobainityczne Stale te charakteryzuje nieco bogatszy skład chemiczny, dzięki czemu ich temperatura jest relatywnie niska. Ich obróbka cieplna jest analogiczna jak w przypadku stali bainitycznych, z tym wyjątkiem, że wytrzymanie izotermiczne odbywa się zazwyczaj w zakresie temperaturowym poniżej 300 C (rys. 2i). Oznacza to, że grubość listew ferrytu bainitycznego i austenitu szczątkowego jest zazwyczaj mniejsza od 100 nm [13, 14], co zapewnia stali ultrawysokie własności wytrzymałościowe przy dobrym poziomie odporności na pękanie. Piśmiennictwo 1. Majta J.: Odkształcanie i własności. Stale mikrostopowe. Wybrane zagadnienia. Uczelniane Wyd. Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2009. 2. Lis A.K.: Stale o strukturze wielofazowej. Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2010. 3. Grajcar A., Morawiec M.: Przegląd możliwości zastosowania nowoczesnych stali wysokowytrzymałych do produkcji walcówki na druty. Hutnik Wiadomości Hutnicze, 1/2017, s. 6-10. 4. Grajcar A.: Własności mechaniczne wysokowytrzymałych stali dla motoryzacji. STAL Metale & Nowe Technologie, 7-8/2014, s. 71-74. 5. Grajcar A.: Nowoczesne stale wysokowytrzymałe dla motoryzacji I generacji. STAL Metale & Nowe Technologie, 5-6/2013, s. 150-153. 6. Molenda R., Kuziak R.: Metaloznawcze podstawy kształtowania struktury i właściwości blach ze stali DP w procesie ciągłego wyżarzania. Prace IMŻ, 2/2011, s. 29-34. 7. Grajcar A.: Nowoczesne stale wysokowytrzymałe dla motoryzacji III generacji. STAL Metale & Nowe Technologie, 3-4/2014, s. 52-56. 8. Grajcar A.: Technologie wytwarzania blach cienkich ze stali wielofazowych AHSS dla motoryzacji. STAL, 5-6/2014, s. 97-102. 9. Kuziak R.: Technologia ciągłego wyżarzania blach cienkich. Prace IMŻ, 3/2011, s. 1-6. 10. Adrian H., Augustyn-Pieniążek J., Głowacz E.: Wpływ mikrododatków Ti, Nb, V na wielkość ziarna austenitu stali mikrostopowych. STAL, 7-8/2013, s. 38-43. 11. Kania-Pifczyk Z., Kuziak R., Krztoń H., Radwański K., Wrożyna A.: Kształtowanie mikrostruktury i właściwości mechanicznych stali bainitycznej z efektem TRIP w procesie obróbki cieplnej. Prace IMŻ, 1/2017, s. 24-36. 12. Garbarz B., Walnik B., Zalecki W.: Obróbka cieplna wysokowytrzymałych stali konstrukcyjnych z wykorzystaniem przemiany izotermicznej poniżej temperatury. Prace IMŻ, 2/2017, s. 2-10. 13. Garbarz B., Marcisz J.: Niekonwencjonalne technologie obróbki cieplnej ultrawytrzymałych stali konstrukcyjnych. STAL Metale & Nowe Technologie, 7-8/2015, s. 22-28. 14. Marciniak S.: Czy obróbka cieplna stali jest w pełni poznana? STAL Metale & Nowe Technologie, 7-8/2015, s. 17-21. 19