д.т.н., генеральный директор,
191015, Санкт-Петербург, ул. Шпалерная, 46
Dr. Sci. (Eng.), General Director,
St. Petersburg
Для выполнения одной из важных задач России – освоения Арктики необходимо создание экономичных высокопрочных хладостойких сталей. Исследования показали, что для достижения этих целей необходимо создание механизма управления структурой, конечной целью которого является формирование квазиизотропной фрагментированной структуры в объеме металла, измельченной вплоть до наноуровня. Наиболее сильное воздействие на формирование мелкозернистой структуры оказывает интенсивная пластическая деформация в комбинации с рекристаллизацией и фазовыми превращениями. Для подтверждения теоретических и экспериментальных предпосылок были выполнены исследования на пластометре Gleeble-3800 и прокатном стане Кварто-800. Эксперименты проведены на плавках опытных сталей с углеродным эквивалентом Сэкв = 0,44 – 0,87 %. При моделировании технологических процессов на пластометре Gleeble-3800 деформация сжатием проводилась в две стадии – черновой при 1100 – 1080 °C и чистовой при 950 и 820 °C, что имитировало цикл деформации на промышленных станах Кварто-5000. Установлено, что зерно в стали измельчалось от 6,5 до 2,2 мкм после деформации 950 °C и до 1,1 мкм – при 810 °C. В структуре стали фиксировалось 20 – 37 % фрагментов размером менее 500 нм. В стали с Сэкв = 0,44 – 0,65 % предел текучести изменялся от 500 до 700 МПа, что на 40 % превышало уровень стандартных значений. В стали с Сэкв = 0,65 – 0,87 % предел текучести возрастал от 700 до 1150 МПа. Это значение прочности достигалось при повышении содержания никеля в стали до 3 %, при дальнейшем повышении его концентрации предел текучести не повышался. После прокатки на стане Кварто-800 стали с Сэкв = 0,60 – 0,87 % за один проход с деформацией 70 % при температуре 1100 °С и непосредственной закалки с последующим отпуском при 600 °C достигнут предел текучести 1060 МПа. При этом влияние содержания никеля и изменения Сэкв в указанных пределах на упрочнение стали незначительно. Структура стали представляет бейнит со средним размером зерна 8,3 – 6,9 мкм с большой плотностью дислокаций (1 – 2)·1015 м–2 и большой степенью фрагментации внутри зерен. На базе новой технологии создана группа хладостойких сталей с пределом текучести 270 – 690 МПа с Сэкв = 0,32 – 0,65 % в толщинах до 130 мм и рабочими температурами до – 60 °C. Эти стали применяли для строительства атомных ледоколов, судов ледового класса, стационарных и плавучих буровых платформ для разведки и добычи углеводородов на арктическом шельфе России. Выполненные работы показывают возможность создания конструкционных сталей с существенно более низким (на 20 – 30 %) уровнем легирования по сравнению с аналогами, а также унификации химического состава сталей.
The Russian Arctic region development considered as one of the most important national tasks to be realized makes it necessary the creation of economic high-strength cold-resistant steels. Investigations have shown that for this purpose to be achieved it is necessary to develop the mechanism of structure control aimed at forming a quasiisotropic fragmented structure in the metal volume to be refined till the nanolevel. The fine-grained structure formation is most affected by an intensive plastic strain combined with recrystallization and phase transformations. A number of investigations were conducted using a plastometer Gleeble-3800 and a rolling mill Quarto-800 for supporting theoretical and experimental assumptions. The experiments were carried out on the experimental heats of steels with the carbon equivalent CE = 0.44 – 0.87 %. In modeling of the technological processes on the plastometer Gleeble-3800, compression deformation was conducted in 2 stages – roughing at 1100 – 1080 °С and finishing at 950 °С and 820 °С thatsimulated a strain cycle on the industrial mills Quarto-5000. It has been found that the steel grain was refined from 6.5 to 2.2 µm after deformation at 950 °С and to 1.1 µm – at 810 °С. 20 – 37 % of fragments of less than 500 nm were recorded in the steel structure. For steel with CE = 0.44 – 0.65 % the yield strength changed from 500 MPa to 700 MPa that was 40 % higher than the level of standard values. For steel with CE = 0.65 – 0.87 %, the yield strength increased from 700 MPa to 1150 MPa. This strength value was achieved with increasing the nickel content of steel up to 3 %, with further increase in its concentration the yield strength remained the same. After rolling the steel with CE = 0.60 – 0.87 % on the mill Quarto-800 in one pass with a 70 % deformation at temperature of 1100 °С and direct quenching followed by tempering at 600 °С, the yield strength of 1060 MPa, thus, the effect of the nickel content and the change of CE within the stated limits on the steel hardening were insignificant. The steel structure is bainite with the average grain size of 8.3 – 6.9 µm with a high dislocation density of (1 – 2)·1015 m–2 and a great extent of intragranular fragmentation. Based on the new technology, a group of cold-resistant steels with yield strength of 270 – 690 MPa and CE = 0.32 – 0.65 % up to 130 mm in thickness and operating temperatures down to –60 °С has been developed. These steels were used in the building of nuclearpowered ice-breakers, ice-going ships, stationary and floating drilling platforms for the exploration and extraction of hydrocarbons in the Arctic Russian offshore zones. The completed work shows the possibility of developing structural steels with a significantly lower level of alloying (by 20 – 30 %) as compared to the steel analogues as well as that of unifying the chemical composition of steels.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.