Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0069

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0069
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет"
Название доклада
Разработка нового поколения многофазных наноструктурированных автолистовых сталей с аустенитной матрицей, обеспечивающих повышенный уровень эксплуатационных свойств при общем снижении удельных затрат.
Докладчик
Беляков Андрей Николаевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью данного проекта является создание новых сталей с TRIP (TRansformation Induced Plastisity) / 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.

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 трех сталей, отличающихся химическим составом по Mn и углероду и проявляющих TWIP, TRIP, смешанный TWIP+TRIP эффекты. 3.Разработка опытно-промышленной технологии производства листов из TWIP/TRIP стали с оптимальным химическим составом по оптимальному режиму термомеханической обработки.
Актуальность и новизна исследования
В автомобилестроении используется ряд высокопрочных сталей, которые были разработаны в течении последних 10-20 лет, для силовых элементов. Этими сталями были заменены высокопрочные низколегированные стали, которые имели невысокую формуемость. Данное свойство является критически важным для автомобильных сталей и определяется соотношением между пределом прочности и пределом текучести, и коэффициентом анизотропии пластичности. В настоящее время, наибольшее распространение получили двухфазные стали с ферритной матрицей, которые содержат до 25% мартенситной фазы. Эти стали имеют простой химический состав (0.1C-1.5Mn-0.4Si-0.03Al)+ добавки Cr и Mo в последних версиях этих сталей и довольно сложную термомеханическую обработку. Лучшие двухфазные стали имеют соотношение предела прочности и предела текучести 80 МПа/40 МПа. Такое соотношение обеспечивает хорошую способность к глубокой вытяжке. Требованиям по пределу текучести перспективных автомобилей, в первую очередь премиум сегмента, они не удовлетворяют. По этой причине проводится работа по разработке новых сталей. Одним из типов перспективных сталей, которые имеют существенно большую прочность, являются классические TRIP стали. Наилучшие TRIP стали имеют предел прочности 1000 МПа при пластичности 12% (минимальная величина, позволяющая формовать листовые детали). Следует отметить, что стали с таким соотношение пределом прочности и пластичности считаются сверхвысокопрочными автосталями. В рамках проекта планируется разработать TWIP/TRIP сталь, которая по своему комплексу свойств: пределу прочности и относительному удлинению превосходила бы все традиционные автостали.
Описание исследования

Для решения поставленных задач проведено теоретическое моделирование влияния химического состава (соотношения C и Mn) на энергию дефекта упаковки и, соответственно, на проявления TWIP/TRIP эффектов. Разработка TWIP/TRIP сталей с минимально возможным содержанием Mn позволяет получить сталь с уникально высоким сочетание прочности и пластичности при наименьшей цене для данного класса материалов. Три стали с разным химическим составом были отлиты. В исходном состоянии и после различных термомеханических обработок были определены механические свойства, выполнен полный комплекс структурных исследований, который включает определение фазового состава, плотности и величины энергии дефекта упаковки. Определены способности стали к деформационному старению и, соответственно, к упрочнению в условиях сушки при окрашивании (старении при 170С в течении 1 ч). Определено влияние обжатия при холодной прокатки и, возможно, рекристаллизованного отжига на указанные выше свойства и структуры. Детально изучено образование деформационных полос и их влияние на состояние поверхности листов. По результатам исследований выбрана автосталь с оптимальным химическим составом и подобран оптимальный режим термомеханической обработки. По опытно-промышленной технологии получено достаточное количество листов этой стали, на которых определены пределы усталостной выносливости и коэффициент анизотропии пластичности. Изучены вклады различных механизмов упрочнения: дислокационного, упрочнения от размера зерен, динамического старения под напряжением в общую прочность сталей с различным химсоставом.

На основе этих данных выработаны рекомендации по оптимизации химсостава и режимов термомеханической обработки экономнолегированных TWIP/TRIP сталей.

Результаты исследования

В рамках выполнения проекта 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.

1. 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.

2.Опытно-промышленная технология изготовления листов из этой стали толщиной от 1 до 3 мм с базой данных по механическим свойствам, включая статические свойства, предел усталостной выносливости, коэффициент анизотропии пластичности, технологические свойства, которые включают стандартные характеристики по способности стали к глубокой вытяжке и гибки, коррозионные свойства, влияние низкотемпературного старения при режимах окрашивания на механические свойства.

3.База данных по механическим, технологическим и коррозионным свойствам листов из трех сталей Fe-Mn-C, отличающихся составом по Mn и C.

Получены научно-технические данные:

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/м2 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/м2 и влияние на него холодной прокатки.

4.Механизмы упрочнения TWIP/TRIP c величиной ЭДУ меньше и больше 20 мДж/м^2 и влияние на них холодной прокатки.

Практическая значимость исследования
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 многофазных наноструктурированныхавтолистовых сталей с регламентированной структурой и механическими свойствами, включая экспериментальные образцы полученных сталей.