Deformation behaviour of two continuously cooled vanadium microalloyed steels at liquid nitrogen temperature

Abstract

The aim of this work was to establish the deformation behavior of two vanadium microalloyed medium carbon steels with different contents of carbon and titanium by tensile testing at 77 K. Samples were reheated at 1250°C for 30 min and continuously cooled in still air. Beside acicular ferrite as the dominant morphology in both microstructures, the steel with lower content of carbon and negligible amount of titanium contains considerable fraction of grain boundary ferrite and pearlite. It was found that Ti-free steel exhibits a higher strain hardening rate and significantly lower elongation at 77 K than the fully acicular ferrite steel. The difference in tensile behavior at 77 K of the two steels has been associated with the influence of the pearlite, together with higher dislocation density of acicular ferrite.

Čelici mikrolegirani vanadijumom i titanom razvijani su sa ciljem da zamene kaljene i otpuštene srednjeugljenične čelike. Iako ove čelike karakteriše dobra kombinacija čvrstoće i žilavosti, s druge strane zahtevaju naknadnu termičku obradu, koja značajno povećava troškove proizvodnje. Tehnologija dobijanja kontinuirano hlađenih čelika treba da obezbedi mikrostrukturu zahtevanih osobina posle hlađenja na vazduhu. Iz tog razloga je ovim čelicima promenjen sastav, a dobre osobine se obezbeđuju prisustvom acikularnog ferita. Acikularni ferit karakteriše nukleacija unutar prethodnog austenitnog zrna i velika razlika u kristalografskoj orijentaciji pojedinih zrna, odnosno feritnih pločica. Ova isprepletana struktura obezbeđuje povećan otpor kretanju prskotine i žilavost koja je na nivou žilavosti kod tradicionalnih kaljenih i otpuštanih čelika. U radu su ispitivana dva kontinuirano hlađena mikrolegirana čelika sa dodatkom vanadijuma. Struktura čelika bez titana i sa manjim sadržajem ugljenika ('A19') sastoji se od kontinuirane mreže proeutektoidnog ferita uz koji se izdvojio perlit, za kojim sledi acikularni ferit izdvojen unutar nekadašnjeg austenitnog zrna. Struktura čelika sa titanom i većim sadržajem ugljenika ('B22') sastoji se gotovo u potpunosti od acikularnog ferita. Deformaciono ponašanje na 77 K ispitivano je jednoosnim zatezanjem. Ukupno izduženje uzoraka čelika B22 znatno je veće nego kod čelika A19 (10 u odnosu na 5%). Čelik B22 takođe poseduje veću granicu tečenja i zateznu čvrstoću, što je razumljivo s obzirom na veći sadržaj ugljenika. Značajna razlika u duktilnosti na temperaturi tečnog azota u vezi je sa prisustvom perlita kod čelika A19, u odnosu na strukturu acikularnog ferita kod čelika B22. Brzina deformacionog ojačavanja se povećava sa povećanjem udela perlita u strukturi, čime deformacija postaje otežana, dok istovremeno konkurentni proces nastajanja mikroprskotina na krtim cementitnim lamelama ili česticama sekundarnih faza, brzo dovodi do krtog loma na 77 K. S druge strane, acikularni ferit karakteriše povećana gustina dislokacija, što se manifestuje smanjenjem brzine deformacionog ojačavanja, a time i povećanim kapacitetom deformacionog ojačavanja i većim izduženjem kod čelika B22.