Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка нового поколения многофазных наноструктурированных автолистовых сталей с аустенитной матрицей, обеспечивающих повышенный уровень эксплуатационных свойств при общем снижении удельных затрат.

Номер контракта: 14.578.21.0069

Руководитель: Беляков Андрей Николаевич

Должность: ведущий научный сотрудник

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
автомобильные стали; стали с пластичностью, наведенной превращением; стали с пластичности, наведенной двойникованием; мартенсит;прокатка; микроструктура; механические свойства; дислокационная структура

Цель проекта:
Разработка, на основе управления формированием фазового состава, наноструктурного состояния, новых многофазных автолистовых сталей с комплексом стабильных и увеличенных до 3-х раз показателей прочности (временное сопротивление – до 2000 МПа), пластичности (относительное удлинение до 40%), других служебных свойств, для изготовления элементов транспортных средств и других объектов техники. Обеспечение снижения энергетических и материальных затрат на 5-7%, металлоемкости изделий на 15-20%, повышение безопасности и ресурса эксплуатации изделий в 2-3 раза. Основной задачей ПНИ является создание новых сталей с TRIP (TRansformation Induced Plastisity) или TWIP (Twinning induced plasticity) эффектами, обладающих сбалансированным комплексом характеристик прочности, пластичности, способности к глубокой вытяжки при наименьшей стоимости для сталей этих классов за счет оптимизации их химического состава и технологии их обработки Частные задачи: 1. Разработка, на основе управления формированием фазового состава, наноструктурного состояния, оптимальных химических составов и технологий термомеханической обработки для получения новых многофазных автолистовых сталей с пределом прочности 1500 МПа, относительным удлинением 40…60%, способностью к глубокой вытяжке для изготовления силовых элементов корпусов автомобилей и других объектов техники. 2. Получение систематических данных по механическому поведению сталей, отличающихся химическим составом по марганцу и углероду и проявляющих TWIP, TRIP, смешанный TWIP+TRIP эффекты. 3. Разработка опытно-промышленной технологии производства листов из TWIP или TRIP стали с оптимальным химическим составом по оптимальному режиму термомеханической обработки.

Основные планируемые результаты проекта:
В рамках выполнения проекта будут получены не только сталь и технология ее производства, но и целый ряд важных научно-технических результатов, которые обеспечат дальнейшее развитие TWIP/TRIP сталей с аустенитной матрицей.
Технический результат.
Fe-Mn-C сталь аустенитного класса, проявляющая TWIP и/или TRIP эффект, в которой высокая прочность (предел прочности 1500 МПа) сочетается с относительным удлинением 40…60%, а также способностью к глубокой вытяжке, что позволяет ее использовать для изготовления силовых элементов корпусов автомобилей и других объектов техники.
Опытно-промышленная технология изготовления листов из этой стали толщиной от 1 до 3 мм с базой данных по механическим свойствам.
База данных по механическим, технологическим и коррозионным свойствам листов из сталей Fe-Mn-C, отличающихся составом по Mn и C.
Научно-технические результат.
1.Влияние химического состава на структуру и TWIP/TRIP превращения в сталях Fe-Mn-C аустенитного класса.
2.Закономерности формирования наноструктуры в TWIP/TRIP c величиной ЭДУ меньше и больше 20 мДж/ м^2 в процессе холодной прокатки и влияние этой структуры на механические свойства, коррозионные свойства.
3.Закономерности деформационного старения в TWIP/TRIP c величиной ЭДУ меньше и больше 20 мДж/м^2 и влияние на него холодной прокатки.
4.Механизмы упрочнения TWIP/TRIP c величиной ЭДУ меньше и больше 20 мДж/м^2 и влияние на холодной прокатки.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Для решения поставленных задач будет проведено теоретическое моделирование влияния химического состава (соотношения C и Mn) на энергию дефекта упаковки и, соответственно, на проявления TWIP/TRIP эффектов. Химический состав TWIP стали будет Fe-0,6%С-18%Mn, а составы сталей, проявляющих комплексное TWIP/TRIP и полностью TRIP поведение будут определены по результатам моделирования и, предварительно, будут близки к составам Fe-0,5%С-14%Mn и Fe-0,4%С-11%Mn, соответственно. Следует отметить, что эти стали не содержат Al. Это сделано для того, чтобы стали проявляли эффект динамического старения DSA, что позволит обеспечить их упрочнение при покраске, которое эквивалентно старению при 170С в течении 1 часа. Разработка TWIP/TRIP сталей с минимальновозможным содержанием Mn позволит получить сталь с уникально высоким сочетание прочности и пластичности при наименьшей цене для данного класса материалов. Три стали с разным химическим составом будут отлиты. В исходном состоянии и после различных термомеханических обработок будут определены механические свойства, выполнен полный комплекс структурных исследований, который включает определение фазового состава, плотности и величины энергии дефекта упаковки, будут определены коррозионные свойства, а также технологичность, включая способность к холодной вытяжке и гибки. Будет определены способности стали к деформационному старению и, соответственно, к упрочнению в условиях сушки при окрашивании (старении при 170С в течении 1 ч). При этом будут изучены феномены SSA (static strain aging – yielding behavior) / DSA (dynamic strain aging - Portevin– LeChatelier) в этих материалах. Будут определены влияние обжатия при холодной прокатки и, возможно, рекристаллизованного отжига на указанные выше свойства и структуры, а также феномены SSA/DSA и упрочнение при низкотемпературном старении при окрашивании. Будет детально изучено образованиедеформационных полос и их влияние на состояние поверхности листов. Следует отметить, что это свойство, тесно связанное с явлениями SSA/DSA, критически важно для внешних элементов корпуса машин, а для высокопрочных сталей оно менее значимо. Однако, эта информация необходима для автосталей. По результатам исследований будет выбрана автосталь с оптимальным химическим составом и подобран оптимальный режим термомеханической обработки. По опытно-промышленной технологии будет получено достаточное количество листов этой стали, на которых будут определены пределы усталостной выносливости и коэффициент анизотропии пластичности, r. Будут изучены вклады различных механизмов упрочнения: дислокационного, упрочнения от размера зерен, динамического старения под напряжением в общую прочность сталей с различным химсоставом. Теоретические напряжения течения будут сравниваться с полученными экспериментально данными. На основе этих данных будут выработаны рекомендации по оптимизации химсостава и режимов термомеханической обработки экономнолегированных TWIP/TRIP сталей.
Режимы термомеханической обработки будут подобраны таким образом, чтобы получить сталь с оптимальным составам, которая демонстрировала бы высокий предел текучести от 600 до 800 МПа и одновременно высокое относительное удлинение 40% и выше, что обеспечивает возможность изготовления всех деталей корпуса современных автомобилей.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Перспективы коммерциализации.
Опытно-промышленная технология получения многофазных аустенитных сталей и изготовления листов из них может быть внедрена в производство на ведущих предприятиях Российской Федерации: ЧМК «Северсталь», ОАО «Мечел», ОАО «Металлургический завод «Электросталь, ВМК «Красный октябрь» и др.
Области применения, способы использования результатов
1.Полученные в результате проекта данные позволят создать новую кономнолегированные стали аустенитного класса, проявляющих TWIP/TRIP эффекты, с комплексом высоких стабильных свойств, предназначенные для производства силовых деталей кузовов автомобилей, а также другую технику.
2.Данные по эволюции структуры в процессе прокатки и растяжения сталей Fe-Mn-С с различным химическим составом, которые позволят существенно расширить существующие представления о механизмах упрочнения этих аустенитных сталей, а также о закономерностях двойникования и мартенситного превращения при больших пластических деформациях и их влияние на механические, коррозионные и технологические свойства.
3.Данные по влиянию количества углерода и марганца на ЭДУ, деформационное поведение и эволюцию структуры при пластической деформации сталей Fe-0,6%С-18%Mn, Fe-0,5%С-14%Mn, Fe-0,4%С-11%Mn будут использованы по определению влияния примесей внедрения и замещения на деформационное поведение сталей, на формирование мартенсита деформации.

Текущие результаты проекта:
1. Разработаны оригинальные принципы управления шлаковым режимом при отливке многофазных наноструктурированныхавтолистовых сталей
2. Установлены оптимальные значения технологических параметров при выплавке и обработке многофазных наноструктурированных автолистовых сталей.
3. Разработан Лабораторный технологический регламент на выплавку и обработку многофазных наноструктурированных автолистовых сталей.
4. Получены экспериментальные образцы многофазных наноструктурированных автолистовых сталей, изготовленные согласно Лабораторному технологическому регламенту на выплавку и обработку, соответствуют всем предъявляемым требованиям.
5. Проведены комплексные исследования экспериментальных плавок разработанных сталей после литья и обработки согласно п. 3.13 ТЗ.
6. Проведены экспериментальные термомеханические обработоки многофазных наноструктурированных автолистовых сталей.
7. Проведены комплексные исследования разрабатываемых сталей после термомеханической обработки согласно пункту 3.20 ТЗ.
8. Установлены оптимальные значения технологических параметров при термомеханической обработке многофазных наноструктурированных автолистовых сталей.
9. Разработан Лабораторный технологический регламент на термомеханическую обработку многофазных наноструктурированных автолистовых сталей.
10. Получены экспериментальные образцы горячекатаного листового проката многофазных наноструктурированных автолистовых сталей.