Ảnh hưởng của nhiệt độ tại vùng song pha đến tổ chức và cơ tính thép CB400

Trong công trình này trình bày những kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt ở vùng song pha của thép CB400. Các kết quả tính toán bằng nhiệt động học và phần mềm JmatPro đã xác định được nhiệt độ vùng chuyển biến song pha là từ 730 oC - 823oC cho mác thép nghiên cứu. Phân tích tỷ phần pha cho thấy tăng nhiệt độ xử lý nhiệt song pha thì tỷ phần mactenxit tăng.

TẠP CHÍ KHOA H C - CƠNG NGH ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY NH H NG C A NHI T T I VÙNG SONG PHA N T CH C VÀ C TệNH THÉP CB400 EFFECT OF TEMPERATURE AT DUAL PHASE REGION ON MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF CB400 STEEL TR N TH THANH VÂN Vi n C khí, Tr ng i h c Hàng h i Vi t Nam Email liên h : vanttt.vck@vimaru.edu.vn Tóm t t Trong cơng trình trình bày nh ng k t qu nghiên c u v nh h ng c a ch đ x lý nhi t vùng song pha c a thép CB400 Các k t qu tính tốn b ng nhi t đ ng h c ph n m m JmatPro xác đ nh đ c nhi t đ vùng chuy n bi n song pha t 730 oC - 823oC cho mác thép nghiên c u Phân tích t ph n pha cho th y t ng nhi t đ x lý nhi t song pha t ph n mactenxit t ng V i nhi t đ x lý 790oC cho đ c k t qu đ c ng 52.4HRC; đ b n 960MPa đ d o 16% Phân tích v t ch c cho th y t ph n mactenxit 25%; đ h t c a mactenxit 8µm; ferit 12,5µm T khóa: Thép song pha, mactenxit, ferit, nhi t đ ng h c Abstract In this work, the influence of heat treatment process in the dual phase region of CB400 steel was explored Calculation results by thermodynamics and JmatPro software determined that temperature of phase transformation is in the range of 730-823oC for this steel Analysis of the phase fraction showed that increasing the temperature of the dual phase heat treatment increased the martensitic fraction With the treatment temperature at 790oC, the hardness result is 52.4HRC; strength is 960MPa and ductility is 16% The microstructure shows that the martensite percentage is 25%; the grain of martensite is 8µm; ferrite is 12.5µm Keywords: Dual phase, martensite, ferrite, thermodynamics M đ u Th gi i nghiên c u, phát tri n nhóm thép tiên ti n (AHSS) Thép AHSS l y đ c tr ng t ch c pha làm tiêu chí phân lo i, khơng phân theo thành ph n hay công d ng nh thép HSLA truy n 76 th ng Các đ c m c a thép AHSS đ c mô t b ng hi u ng t ch c đa pha k t h p v i nguyên lý hóa b n truy n th ng hóa b n dung d ch r n, ti t pha phân tán làm nh h t V i vi c h p kim hóa ngun t C, Mn, Si thích h p, b ng công ngh tác đ ng làm thay đ i t ch c, t o pha r n, đ b n cao bainit, mactenxit, austenit d n m phân tán n n ferit d o, đ c ph i h p theo t l nh t đ nh đ l n h t nh , đó, c h t ferit ≤ 20µm, pha d ng đ o cô l p (mactenxit, austenit d ) ≤ 5µm [1]-[4] Thép CP (Complex Phase Steel - thép đa pha) có t ch c nh t b n pha g m t l nh pha r n mactenxit, austenit d peclit n m n n ferit/bainit Austenit d thép có ch a nguyên t vi l ng Nb, Ti, V đ t o t ch c h t nh ti t pha phân tán [5]-[7] Thép MS (Martensitic Steel -Thép Mactenxit) có t ch c ch y u mactenxit m t l ng nh ferit và/ho c bainit n nay, thép MS m r ng v i t l ferit đ n 30% nh u n ch đ làm ngu i, đ c g i nhóm thép PM [7] Thép DP (Dual Phase Steel - thép song pha) có t ch c ch y u hai pha g m ferit mactenxit, pha mactenxit d ng đám cô l p, chi m t l kho ng 10-40%, phân b đ u n n ferit Các NTHK s d ng thép DP C, Mn, Si, Cr [2] Các thép DP, TRIP (Transformation Induced Plasticity - D o nh chuy n bi n pha), CP có d i gi i h n b n t 450-1200MPa, đ giãn dài t 1040% V i t ch c ch y u ferit mactenxit u n đ c t ph n pha s nâng cao đ c tính ch t c a thép nghiên c u [1], [3], [4], [7], [8] Có m t s cơng trình nghiên c u v nh h ng c a nhi t đ ram đ n c tính tính ch ng n mịn ho c phân tích v t ch c c a thép DP Các cơng trình phân tích đ c v nh h ng c a ch đ x lý nhi t, t ch c đ n tính ch t c a thép [9]-[12] Tuy nhiên, v i u ki n n c, cơng trình nghiên c u dành cho thép CB400 có thành ph n thép g n v i thép DP đ c tiêu chu n hóa nh ng ch a đ c nghiên c u nhi u c bi t nhi t đ sau cán c a thép kho ng (700-800)0C g n v i vùng nhi t đ S 70 (04-2022) TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA H C - CÔNG NGH KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY x lý c a thép DP, nên đ a đ c ch đ x lý nhi t vùng hai pha h p lý s u n trình hình thành t l pha ferit, mactenxit thép Trong cơng trình này, b ng vi c tính tốn nhi t đ ng h c th c nghi m trình bày nh ng k t qu nghiên c u l a ch n ch đ x lý nhi t vùng hai pha đ u n c tính c a thép M c tiêu l a ch n đ c ch đ x lý nhi t vùng hai pha đ đ m b o đ b n đ c ng cho thép nghiên c u V t li u vƠ ph ng pháp nghiên c u Thành ph n v t li u nghiên c u đ B ng c trình bày Thép sau cán s đ c x lý nhi t nhi t đ 730oC; 760oC 790oC C n c l a ch n nhi t đ nghiên c u đ c th c hi n ph n m m JmatPro Thép sau x lý nhi t đ c ti n hành làm ngu i nhanh môi tr ng n c có nhi t đ 32oC Sau x lý nhi t thép đ c ti n hành phân tích t ch c kính hi n vi quang h c Axiovert 25A; phân tích t ph n pha kích th c pha, đ h t đ c ti n hành ph n m m ImagePlus Minh ch ng cho s hình thành matenxit m u sau tơi 790oC đ c ti n hành phân tích XRD thi t b Smartlab c a Rigaku Ngoài ra, báo th c hi n đánh giá v giá tr gi i h n b n, đ giãn dài t ng đ i đ c ng K t qu vƠ bƠn lu n 3.1 Tính toán nhi t đ ng h c l a ch n nhi t đ x lý nhi t T nh ng tính tốn v nhi t đ ng h c xác đ nh B ng Thành ph n thép CB400 C Mn Si Cr Cu P S Fe 0.26 0.58 0.22 0.22 0.45 0.04 0.04 Cịn l i Hình Quan h t ph n c a pha nhi t đ c a thép CB400 Hình Quan h t ph n pha ferit austenite v i nhi t đ vùng hai pha c a thép CB400 S 70 (04-2022) 77 TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA H C - CÔNG NGH JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY Hình Phân b nguyên t h p kim (C, Mn, Si, Cu) austenite B ng Ph n tr m austenite thép nguyên t h p kim austenite nhi t đ x lý song pha khác TT Nhi t đ , 0C 730 760 790 % austenite theo nhi t đ 35 50 70 đ c nhi t đ b t đ u chuy n bi n Ac1 714,86oC; nhi t đ b t đ u chuy n bi n hoàn tồn austenit (Ac3) 822,39oC (Hình 1) B ng ph n m m tính tốn nhi t đ ng h c xác đ nh đ c m i quan h t ph n pha ferit austenit v i nhi t đ vùng hai pha nh sau: % nguyên t h p kim austenite t C Si Mn 0,62 0,15 0,93 0,47 0,17 0,74 0,35 0,2 0,61 ng ng Cu 0,63 0,56 0,51 nghiên c u v nhi t đ ng h c xác đ nh đ c t c đ ngu i t i h n c a h p kim nghiên c u 50oC/s; nhi t đ k t thúc chuy n bi n mactenxit 290oC Các k t qu nghiên c u Hình B ng v ph n tr m c a austenit thép cho th y t ng nhi t đ x lý nhi t vùng song pha t l austenit t ng lên Nh ng k t qu phù h p v i tính tốn v lý thuy t v gi n đ pha T ph n austenit t ng thép đ c ngu i nhanh môi tr ng n c t l mactenxit c ng t ng lên Tuy nhiên v i l ng austenit t ng t ph n ferit gi m xu ng nh h ng đ n đ d o c a h p kim nghiên c u Phân tích v ph n tr m nguyên t h p kim austenit nh n th y nhi t đ x lý vùng hai pha t ng lên ph n tr m C; Mn; Cu austenit gi m xu ng k t qu đ c th hi n Hình B ng Hàm l ng Mn austenit gi m xu ng, đ n đ nh c a austenit gi m t ng trình chuy n bi n thành mactenxit ngu i nhanh Tuy nhiên ph n tr m Si austenit t ng s làm t ng đ b n cho pha B ng gi n đ CCT Hình cho th y: Các k t qu 78 Hình Gi n đ CCT c a thép nghiên c u T k t qu nghiên đ c nhi t đ tơi thích h 730oC; 760oC 790oC; gi phút làm ngu i n d i 32oC c u l a ch n p vùng song pha nhi t th i gian 30 c l nh nhi t đ trì 3.2 Phân tích t ch c Phân tích k t qu t ch c t vi cho th y: i v i m u tơi 730oC (Hình 5a), t ch c t vi v n S 70 (04-2022) TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA H C - CƠNG NGH KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY xu t hi n nhi u ferit; mactenxit hình kim nh phân tán n n i u đ c gi i thích theo k t qu phân tích v nhi t đ ng h c t l austenit nhi t đ 35% v y kh n ng chuy n bi n thành mactenxit K t h p v i k t qu phân tích t ph n pha cho th y t ph n pha mactenxit v i m u 15% i v i m u 790oC (Hình 5c) t ch c t vi th y xu t hi n mactenxit v i hình kim đ c tr ng; n n ferit Phân tích t ph n pha cho th y t ph n mactenxit 25% Kích th c trung bình c a mactenxit 8µm h t c a ferit 12,5µm i v i m u tơi 760oC (Hình 5b) t ch c t vi th y xu t hi n mactenxit v i hình kim đ c tr ng; n n ferit Phân tích t ph n pha cho th y t ph n mactenxit 20% Hình Phân tích XRD n u sau a) Nhi t đ tôi: 730oC 790oC Vi c t ng t ph n pha ph thu c vào nhi t đ nung i u đ c gi i thích nhi t đ cao l ng austenit l n v y t ph n chuy n bi n thành mactenxit s l n Phân tích XRD m u sau tơi cho th y: T ch c sau bao g m mactenxit ferit K t qu phân tích XRD phù h p v i nghiên c u v tính tốn nhi t đ ng h c c ng nh phân tích v t ch c quang h c c a thép nghiên c u 3.3 Phân tích k t qu c tính c ng m u sau đúc 38.5HRC b) Nhi t đ tôi: 760oC B ng K t qu c tính c a m u sau th M u M0 M1 M2 M3 HRC 47.3 45,5 48,5 52,4 Gi i h n b n kéo (MPa) 705 584 782 960 giãn dài ng đ i (%) 20 27 18 16 t c) Nhi t đ tơi: 790oC Hình Phân tích t ch c t vi m u nhi t đ x lý vùng song pha khác S 70 (04-2022) Phân tích k t qu c tính cho th y v i m u M3 790oC cho giá tr đ c ng đ b n cao nh t i u phù h p v i nh ng k t qu phân tích v m t t ch c đ c trình bày Tuy nhiên, v đ d o m u M1 v i t ph n ferit cao làm t ng đ d o c a h p kim nghiên c u 79 TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA H C - CÔNG NGH JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY K t lu n B ng k t qu phân tích v t ch c báo ch ra: Nhi t đ x lý nhi t 790)oC vùng song pha t (730 - K t qu phân tích v t ch c ch mactenxit ferit thép nghiên c u Giá tr kích th c trung bình c a mactenxit 8µm K t qu phân tích c tính cho th y t ng nhi t đ x lý nhi t vùng song pha giá tr đ b n; đ c ng t ng Tuy nhiên, giá tr đ d o c a thép nghiên c u gi m Nh v y, v i m c tiêu t ng đ b n đ c ng c a h p kim nghiên c u nhi t đ x lý nhi t c a thép đ c x lý nhi t đ 790oC th i gian gi nhi t 30 phút làm ngu i nhanh môi tr ng n c K t lu n này, có ý ngh a th c ti n vi c đ a ch đ x lý nhi t h p lý sau cán nh m u ch nh t ch c pha thu đ c thép có đ b n đ c ng cao phù h p v i u ki n làm vi c L ic m n Nghiên c u đ c tài tr b i Tr ng ih c Hàng h i Vi t Nam đ tài mã s : DT21-22.30 TÀI LI U THAM KH O [1] ASM International Handbook Committee, ASM Handbook, Volume 10: Materials Characterization, 1998 [2] M Shome and M Tumuluru, Welding and Joining of Advanced High Strength Steels (AHSS) 2015 [3] N Fonstein, Advanced High Strength Sheet Steels 2015 [4] S Keeler and M Kimchi, Advanced HighStrength Steels Application Guidelines Version 5.0, World AutoSteel.org, No May, 2014 [6] H Halfa, Recent Trends in Producing Ultrafine Grained Steels, J Miner Mater Charact Eng., Vol.02, No.05, 2014 [7] A S M I Handbook, ASM handbook (Heat treating of Irons and Steels), ASM Int., 2005 [8] F Hardesty, Metals handbook, ninth edition Volume 3, Properties and selection: Stainless steels, tool materials and special-purpose metals, J Mech Work Technol., Vol.6, No.4, 1982 [9] M Soleimani, H Mirzadeh, and C Dehghanian, “Effects of tempering on the mechanical and corrosion properties of dual phase steel,” Mater Today Commun., Vol.22, 2020 [10] A Ramazani, M Abbasi, S Kazemiabnavi, S Schmauder, R Larson, and U Prahl, Development and application of a microstructure-based approach to characterize and model failure initiation in DP steels using XFEM, Mater Sci Eng A, Vol.660, 2016 [11] S Qin, Y Lu, S B Sinnott, and A M Beese, Influence of phase and interface properties on the stress state dependent fracture initiation behavior in DP steels through computational modeling, Mater Sci Eng A, Vol.776, 2020 [12] B Sunil and S Rajanna, Evaluation of mechanical properties of ferrite-martensite DP steels produced through intermediate quenching technique, SN Appl Sci., Vol.2, No.8, 2020 Ngày nh n bài: Ngày nh n b n s a: Ngày t đ ng: 19/01/2022 21/02/2022 28/02/2022 [5] L Bo, D Yuehong, and W Yue, Development of the third generation advanced high strength steel for automobile, Vol.163, No.Iceesd, pp.1199-1202, 2018 80 S 70 (04-2022) ... Quan h t ph n c a pha nhi t đ c a thép CB400 Hình Quan h t ph n pha ferit austenite v i nhi t đ vùng hai pha c a thép CB400 S 70 (04-2022) 77 TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI... ferit, mactenxit thép Trong cơng trình này, b ng vi c tính tốn nhi t đ ng h c th c nghi m trình bày nh ng k t qu nghiên c u l a ch n ch đ x lý nhi t vùng hai pha đ u n c tính c a thép M c tiêu l... tr m c a austenit thép cho th y t ng nhi t đ x lý nhi t vùng song pha t l austenit t ng lên Nh ng k t qu phù h p v i tính tốn v lý thuy t v gi n đ pha T ph n austenit t ng thép đ c ngu i nhanh