Effects of titanium addition on austenite grain size and mechanical properties of high manganese steel
HÀ MINH TÂN1, NGUYỄN DANH TRUNG2, NGUYỄN HỒNG HẢI1,*
1. Viện Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Số 1 Đại Cồ Việt, Hà Nội
2. Công ty Cổ phần Cơ khí Đông Anh Licogi, Tổ 8, Thị trấn Đông Anh, Hà Nội
*Email: hai.nguyenhong1@hust.edu.vn
Ngày nhận bài:15/2/2023 , Ngày duyệt đăng:24/3/2023
TÓM TẮT
Thép Mangan được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp nhờ vào tính chất chống mài mòn tốt, khả năng hóa bền cơ học cao cùng với độ dai và độ dẻo cao. Nghiên cứu này đã khảo sát ảnh hưởng của biến tính, bao gồm FeTi và Mischmetal, đối với kích thước hạt và cơ tính của thép Mangan cao (13-15 % t.l). Thép hợp kim được biến tính ở các nhiệt độ khác nhau 1500, 1550 và 1600 oC. Các hợp kim biến tính, sau khi đông đặc, được xử lý nhiệt qua hai bước. Kích thước hạt, thành phần hóa học và sự hình pha của thép sau xử lý nhiệt được phân tích bằng các kĩ thuật hiển vi quang học, nhiễu xạ tia Rơnghen và quang phổ phân tán năng lượng tia Rơnghen. Các cơ tính như độ cứng Brinell, độ bền kéo và độ cứng của thép cũng được đánh giá. Kết quả là, kích thước hạt của các hợp kim sau xử lý nhiệt nhỏ hơn so với hợp kim ban đầu, và đồng thời kích thước hạt càng giảm khi lượng biến tính càng tăng. Việc bổ sung Ti làm giảm lượng C trong pha austenit bằng cách hình thành pha TiC rất bền. Giới hạn bền kéo tối đa 780 MPa đạt được với sự bổ sung của 0,1 % t.l Ti, trong khi độ dai va đập tối đa là 140 J/cm2 ở 0,05 %t.l Ti.
Từ khóa: Thép Mangan, biến tính, kích thước hạt, xử lý nhiệt, cơ tính.
ABSTRACT
Manganese steels have been widely used in industries due to their good wear resistance, high work hardening ability, and high toughness and ductility. This research investigated the effect of modification, i.e., FeTi and Mischmetal, on the grain size and mechanical properties of the high manganese steel (13–15 wt.%). The alloys are modified at different temperatures of 1500, 1550, and 1600 ℃. The modified alloys were heat-treated after solidification by a two-step process. The grain size, chemical composition, and phase formation of the heat-treated steel were characterized by Optical Microscopy, X-ray Diffractometry, and Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy. The mechanical properties of the steel, such as Brinell hardness, tensile strength, and toughness, were measured. As a result, the grain size of the heat-treated alloys is smaller compared to that of un-modified alloys and decreases with the increase in modification amount. The addition of Ti reduced C in the austenite phase by forming very stable carbides, TiC. Maximum tensile strength of 780 MPa was achieved with the addition of 0.1 wt.% Ti, while maximum fracture toughness was 140 J/cm2 at 0.05 wt.% Ti.
Keywords: Manganese steels, modification, grain size, heat treatment, mechanical properties.
