Physical Metallurgy of High Manganese Steels

Специальный выпуск «Physical Metallurgy of High Manganese Steels» посвящён чрезвычайно интересному классу легированных марганцем сталей с содержанием марганца заметно выше 3% по массе. Книга объединяет рукописи международно признанных исследователей, содержащие новые идеи и оригинальные результаты. Она состоит из пятнадцати оригинальных исследовательских статей. Семь работ сосредоточены на сталях с содержанием марганца выше 12% по массе.

Эти работы охватывают фундаментальные аспекты взаимосвязи процесса, микроструктуры и свойств для процессов от холодной и тёплой прокатки и глубокой прокатки до термообработки. Представлены новые результаты о поведении при усталости и разрушении, механизмах деформации и компьютерном проектировании. Кроме того, специальный выпуск отражает современную тенденцию к пониженному содержанию Mn — 3–12% по массе — в передовых высокопрочных сталях (AHSS).

Восемь работ посвящены этим сплавам, которые часто называют AHSS третьего поколения, среднемарганцевыми сталями или сталями с закалкой и перераспределением углерода (Q&P/Q+P). Взаимодействие передовой обработки, главным образом новых вариантов отжига, и эволюции микроструктуры исследовано расчётными и экспериментальными подходами.

Получено более глубокое понимание чувствительности к скорости деформации, водородного охрупчивания, фазовых превращений и их последствий для свойств материалов. Таким образом, включённые темы разнообразны, ориентированы на фундаментальную науку и одновременно имеют значение для промышленного применения.

Разработка материалов с улучшенными или новыми свойствами на протяжении прошлых столетий была главной целью материаловедов. В области металлических сплавов для конструкционных применений прочность, формуемость и вязкость являются ключевыми параметрами достижения требуемых характеристик. Высокомарганцевые стали (HMnS) отличаются необычайным сочетанием этих ключевых параметров, которое привлекло внимание исследователей по всему миру.

Хотя аустенитные стали с высоким содержанием марганца известны со времени первых работ сэра Роберта А. Хэдфилда в XIX веке, возрождение исследований этих сплавов произошло лишь в конце 1990-х годов. Нынешний подъём исследований HMnS был начат работой Гресселя и соавторов, за которой последовали многочисленные национальные и международные исследовательские проекты, например финансируемый Немецким исследовательским обществом (DFG) Центр совместных исследований 761 «Steel — ab initio». HMnS представляют чрезвычайно интересный класс сплавов в области передовых высокопрочных сталей (AHSS). Большой интерес к HMnS в академических и промышленных исследованиях обусловлен их выдающимися механическими свойствами. Поэтому потенциальные области промышленного применения предположительно простираются от компонентов автомобильного шасси и оборудования для низкотемпературной эксплуатации до поковок, получаемых альтернативными технологическими маршрутами. Обычно эти стали содержат значительно более 3% марганца по массе и заметно легированы углеродом и алюминием.

На пластичность HMnS сильно влияет низкая энергия дефекта упаковки (SFE). Поэтому низкая скорость динамического возврата в сочетании с активацией дополнительных механизмов деформации — пластичности, наведённой двойникованием (TWIP), пластичности, наведённой превращением (TRIP), и пластичности, наведённой микрополосами (MBIP), — обеспечивает высокую способность к деформационному упрочнению. Это приводит к сочетанию высокого временного сопротивления разрыву, часто выше 1 ГПа, и большого равномерного удлинения, часто выше 50%. Чтобы в полной мере использовать потенциал HMnS, требуется описание этих механизмов в прогностических моделях, основанных на физических принципах. Однако такое описание представляет серьёзную научную задачу из-за изменений микроструктуры на разных масштабах длины и сложных химических взаимодействий.

Обработка HMnS требует тщательного учёта условий затвердевания, чтобы минимизировать сегрегацию и контролировать выделения и развитие микроструктуры. Последующую обработку прокаткой, отжигом, резанием и механической обработкой необходимо приспосабливать к особенностям поведения материала.

Тщательный обзор относящейся к теме литературы показывает, что по-прежнему существует острая необходимость лучше понять физико-металлургические механизмы HMnS. Поэтому специальный выпуск сосредоточен на фундаментальных аспектах HMnS, включая, среди прочего, эволюцию микроструктуры, фазовые превращения, пластичность, водородное охрупчивание и усталость, исследуемые современными экспериментальными и расчётными подходами.