Регистрация / Вход
Прислать материал

14.584.21.0003

Аннотация скачать
Постер скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.584.21.0003
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет"
Название доклада
Разработка высокомарганцевых аустенитных сталей с улучшенным комплексом механических свойств
Докладчик
Беляков Андрей Николаевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка высокомарганцевых аустенитных сталей и способов их обработки, обеспечивающих получение крупногабаритных полуфабрикатов с регламентированным комплексом механических свойств:
- способы получения сталей с пределом текучести более 600 МПа, временным сопротивлением (пределом прочности) более 800 МПа, относительным удлинением после разрыва более 30%;
способы получения сталей с пределом текучести более 1000 МПа, временным сопротивлением (пределом прочности) более 1200 МПа, относительным удлинением после разрыва более 20%.
Основной задачей данного прикладного научного исследования является разработка научных основ технологий получения высокомарганцевых аустенитных сталей, отличающихся высоким пределом текучести и сопротивлением усталостному разрушению.
Актуальность и новизна исследования
В последнее время со стороны научного и инженерно-технического сообщества наблюдается повышенный интерес к высокомарганцевым аустенитным сталям. Особый интерес к таким материалам обусловлен их уникальными механическими свойствами, сочетающими высокую прочность и пластичность, что связано с экстраординарной способность этих материалов к деформационному упрочнению. Уникальные механические свойства высокомарганцевых аустенитных сталей являются результатом, так называемых TWIP и TRIP эффектов, то есть пластичность, наведенная двойникованием (TWIP) и пластичность, наведенная мартенситным превращением (TRIP), которые имеют место в процессе пластической деформации. В последнее десятилетие высокомарганцевые стали с TWIP и TRIP эффектами стали активно использоваться в автомобильной технике. В Японии в настоящее время проводятся исследования таких сталей с точки зрения изготовления из них демпферных элементов сейсмостойких сооружений. Настоящий проект, направленный на разработку способов получения высокомарганцевых сталей, обладающих высокой прочностью и усталостной стойкостью, призван восполнить этот пробел. Следует ожидать, что полученные при выполнении данного проекта научные результаты окажут большое влияние на дельнейшее развитие темы структурного упрочнения конструкционных материалов и позволят укрепить позиции отечественной науки в технологии создания перспективных материалов.
Описание исследования

Для получения высокопрочного состояния в исследуемых сталях использовано три подхода.

Первая, были исследованы возможности упрочнения высокомарганцевых аустенитных сталей за счет деформационной обработки в условиях холодной и теплой деформации. С этой целью экспериментальные образцы были подвергнуты прокатке при температурах 20-400°С. Высокомарганцевые аустенитные стали обладают высокой способностью к деформационному упрочнению. Это приводит к тому, что в процессе холодной пластической деформации напряжения течения увеличиваются в несколько раз и могут достигать 1000 МПа.

Вторая, были исследованы возможности упрочнения сталей за счет формирования субмикрокристаллической структуры в результате динамической рекристаллизации в процессе большой пластической деформации. Для получения субмикрокристаллического структурного состояния экспериментальные образцы сталей будут подвергнуты многократной всесторонней ковке при температурах 400-500°С. Формирование субмикрокристаллической структуры приводит к повышению предела текучести стали до 1200-1400 МПа. Субмикрокристаллические структуры, сформированные в результате непрерывной динамической рекристаллизации (или фрагментации), характеризуются высокими внутренними напряжениями, которые оказывают отрицательное влияние на пластичность. С целью улучшения сочетания прочности и пластичности был выполнен отжиг и прокатка при повышенных температурах субмикрокристаллических сталей для частичного снятия напряжений за счет статического и динамического возврата деформированной структуры.

         Принципиально новым и наиболее интересным с научной и практической точки зрения представляется третий подход к получению высокомарганцевых аустенитных сталей с улучшенным комплексом механических свойств. Была исследована возможность повышения предела прочности сталей за счет формирования ультрамелкозернистой структуры в результате статической рекристаллизации наноструктурных сталей. В качестве холодной пластической обработки в рамках настоящего проекта использовали многократную прокатку и всестороннюю ковку. Субмикрокристаллические и нанокристаллические металлические материалы, полученные интенсивной пластической обработкой, обладают повышенной стабильностью при последующем отжиге. Рекристаллизация в таких материалах развивается по механизму непрерывной статической рекристаллизации, включающей возврат на ранней стадии отжига с последующим постепенным ростом зерен. Таким образом, отжиг нанокристалличесих материалов позволяет получить рекристаллизованную структуру с размером зерен менее 1 мкм. В отличие от динамически рекристаллизованной структуры статически рекристаллизованная является свободной от внутренних напряжений. Кроме того, сочетание интенсивной пластической обработки и отжига в определенных случаях позволяет получать структуру с бимодальным распределением зерен по размерам.         Структура экспериментальных сталей детально изучалась с количественной оценкой влияния режимов термомеханической обработки на основные структурные параметры: размер зерен и субзерен, включая нанодвойники и мартенсит деформации, плотность дислокаций, распределение границ зерен по разориентировкам. Структурные исследования выполнены с использованием самого современного аналитического оборудования, включая просвечивающую и растровую электронную микроскопию высокого разрешения, автоматический анализатор картин дифракции обратных рассеянных электронов, рентгеноструктурный анализ. Механические свойства были исследованы стандартными методами измерения твердости, механических испытаний на растяжение, циклических испытаний на усталостную прочность, которые будут выполнены в широком диапазоне циклов нагружения.

Результаты исследования

При выполнении предлагаемого проекта совместно с иностранным партнером получены следующие результаты.

1.      Закономерности формирования микроструктуры в перспективных высокомарганцевых сталях в процессе пластической обработки в условиях холодной и теплой деформации. Будет установлено влияние микроструктуры деформации на механическое поведение экспериментальных сталей.

2.      Закономерности развития непрерывной динамической рекристаллизации в перспективных высокомарганцевых аустенитных сталях. Будут установлены режимы термомеханической обработки, обеспечивающей формирование субмикрокристаллической структуры в экспериментальных сталях и исследовано влияние динамически и пост-динамически рекристаллизованной структуры на механические свойства.

3.      Закономерности формирования нанокристаллической структуры в высокомарганцевых аустенитных сталей в процессе интенсивной пластической деформации; особенности статической рекристаллизации в высокомарганцевых сталях, подвергнутых интенсивной пластической обработке; влияние размера рекристаллизованных зерен на механические свойства.

4.      Научные основы технологий производства перспективных высокомарганцевых сталей с регламентированной структурой и механическими свойствами.

5.      Образцы экспериментальных сталей с пределом текучести 600-700 МПа и относительным удлинением более 30%.

6.      Образцы экспериментальных сталей с пределом текучести 1000-1200 МПа и относительным удлинением более 20%.

7.      Рекомендации по реализации разработанных методов получения перспективных высокомарганцевых аустенитных сталей с регламентированной структурой и механическими свойствами в реальном секторе экономики.

Практическая значимость исследования
Широкие перспективы применения высокомарганцевых аустенитных сталей обусловлены их уникальной способностью к деформационному упрочнению, являющейся результатом развития деформационного двойникования и мартенситного превращения с размером структурных элементов несколько десятков нанометров. Освоение отечественными металлургическими предприятиями производства высокомарганцевых аустенитных сталей с различной комбинацией свойств прочности и пластичности позволит укрепить позиции отечественной металлургии на рынке высокотехнологичных перспективных конструкционных материалов.
Возможными потребителями полученных результатов являются предприятия, занимающиеся производством специальных сталей, такие как ЧМК «Северсталь», ОАО «Мечел», ОАО «Металлургический завод «Электросталь, ВМК «Красный октябрь», Златоустовский МЗ и др. Возможные пути по доведению до потребителя результатов выполнения проекта включают в себя следующие действия:
- Заключение с предприятием производителем специальных сталей лицензионного соглашения на использование результатов интеллектуальной деятельности, способных к правовой охране.
- Передача предприятию производителю специальных сталей рекомендаций по реализации разработанных методов получения перспективных высокомарганцевых аустенитных сталей с регламентированной структурой и механическими свойствами, включая экспериментальные образцы полученных сталей.