Peculiarities of the application of non-isothermal holding in the process of spheroidizing annealing of low-carbon steel

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🔬研究者:この研究は鋼材熱処理の省エネルギー化に関する知見を提供し、産業分野の脱炭素研究に貢献する。

不均質合金において、要求される一連の技術的特性を確保する上で重要な役割を果たすのは、構造状態、この場合には熱処理後に得られる微細組織のモルフォロジーである。冷間圧造の場合、必要な技術的塑性は、過剰相粒子の球状（粒状）モルフォロジーによって確保される。この点に関して、冷間圧造を目的とした鋼ビレットは球状化焼鈍に供され、これは主に炉内で最大10時間以上の時間をかけて実施される。この点において、球状化焼鈍工程は、多大なエネルギー消費を特徴とする。球状化プロセスを促進するために、共析変態領域におけるオーステナイト分解温度を低下させることによる炭化物粒子の分散性とマトリックス結晶格子の欠陥性の向上に基づく、様々な前処理スキームが提案されている。この場合、プロセスの時間は、焼鈍モードの種類を実質的に変更することなく、数時間に短縮された。球状化焼鈍の促進の特徴と、低炭素鋼のセメンタイトの球状化プロセスの速度に影響を与える要因の研究は、非常に実用的に重要である。本研究では、低炭素鋼の球状化焼鈍プロセスにおいて、内部冷却材を用いたワーク金属の加熱と、温度上昇を伴う非等温保持および深過冷の使用を調査し、列挙した要因が球状化プロセスの時間に及ぼす影響を検討する。事前に準備された初期組織を用いた場合の球状化焼鈍時間の最大短縮は、深過冷と非等温保持（温度上昇を伴う）を実現するレジームの実施によって達成されることが確立された。この場合、金属は内部冷却材によって加熱され、これにより新たな粒の形成を加速する効果が確保される。深過冷および非等温保持中のプロセス時間の短縮は、構造変態プロセスの速度を決定する熱力学的および速度論的要因の値を最適化することによって達成される。

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For heterogeneous alloys, a significant role in ensuring the required set of technological properties is played by the structural state, in this case the morphology of the microstructure obtained after heat treatment. In the case of cold heading, the necessary technological plasticity is provided by the spherical (globular) morphology of the excess phase particles. In this regard, steel billets intended for cold heading are subjected to spheroidizing annealing, which is mainly carried out in furnaces with a duration of up to ten hours or more. In this regard, the spheroidizing annealing operation is characterized by significant energy consumption. To intensify the spheroidization process, various schemes of pretreatments have been proposed, which are based on increasing the dispersion of carbide particles and the defectivity of the matrix crystal lattice by reducing the austenite decomposition temperature in the eutectoid transformation region. In this case, the duration of the process was reduced to several hours with a practically unchanged type of annealing mode. The study of the features of intensification of spheroidizing annealing and factors that affect the speed of the spheroidization process of cementite of low-carbon steels is of great practical importance. This work investigates the use of heating the workpiece metal with an internal coolant using non-isothermal holding with increasing temperature and deep supercooling in the process of spheroidizing annealing of low-carbon steel, the influence of the listed factors on the duration of the spheroidization process. It has been established that the maximum reduction in the duration of spheroidizing annealing with a pre-prepared initial structure is achieved by implementing a regime with deep supercooling and non-isothermal holding (with an increase in temperature). In this case, the metal is heated by an internal coolant, which ensures the effect of accelerating the formation of new grains. Reducing the duration of the process during deep supercooling and non-isothermal holding is achieved by optimizing the values of thermodynamic and kinetic factors that determine the speed of the process of structural transformations.

• openalex https://doi.org/10.52150/2522-9117-2026-40-009first seen 2026-06-02 04:57:14 · last seen 2026-06-17 07:11:37