ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПОДХОДЫ В СОЗДАНИИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ ХОРОШО СВАРИВАЕМЫХ СТАЛЕЙ С ЭЛЕМЕНТАМИ НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ

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.

структура, термомеханическая обработка, пластическая деформация, пластометр, предел текучести, фрагментация, углеродный эквивалент, хладостойкие стали

1. Орыщенко А.С., Хлусова Е.И., Шарапов М.Г. Металловедение конструкционных свариваемых сталей. – СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2012. – 66 с.

2. Горынин И.В., Хлусова Е.И. Наноструктурированные стали для освоения месторождений шельфа Северного Ледовитого океана // Вестник РАН. 2010. № 12. C. 1069 – 1075.

3. Рыбин В.В. Большие пластические деформации и вязкое разрушение. – М.: Металлургия, 1986. – 224 с.

4. ГОСТ Р 52927-2015. Прокат для судостроения из стали нормальной, повышенной и высокой прочности. – М.: Стандартинформ, 2015.

5. Круглова А.А., Орлов В.В., Хлусова Е.И., Голованов А.В. Влияние параметров термомеханической обработки на структуру и свойства горячекатаной толстолистовой низколегированной стали улучшенной свариваемости // Производство проката. 2006. № 3. C. 21 – 28.

6. Эфрон Л.И. Металловедение в «большой» металлургии. Трубные стали. – М.: Металлургиздат, 2012. – 696 с.

7. Счастливцев В.М., Табатчикова Т.И., Яковлева И.Л. и др. Микроструктура и свойства низкоуглеродистой свариваемой стали после термомеханического упрочнения // Физика металлов и металловедение. 2012. Т. 113. № 5. С. 507.

8. Хлусова Е.И., Круглова А.А., Орлов В.В. Влияние химического состава, термической и термомеханической обработок на размер аустенитного зерна в низкоуглеродистой стали // Металловедение и термическая обработка металлов. 2007. № 2. C. 8 – 12.

9. Хлусова Е.И., Михайлов М.С., Орлов В.В. Особенности формирования структуры толстолистовой низкоуглеродистой стали при термомеханической обработке // Деформация и разрушение. 2007. № 6. C. 18 – 25.

10. Голосиенко С.А., Сошина Т.В., Хлусова Е.И. Новые высокопрочные стали для арктического применения // Производство проката. 2014. № 2. C. 17 – 25.

11. Башаев А.К., Зыков В.В., Легостаев Ю.Л., Тишков В.Я. Свариваемые хладостойкие стали для морской стационарной платформы. «Приразломная» // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. 2000. Вып. 23. С. 114 – 137.

12. Матросов Ю.И., Литвиненко Д.А., Голованенко С.А. Сталь для магистральных трубопроводов. – М.: Металлургия, 1989. – 288 с.

13. Сыч О.В., Хлусова Е.И., Орлов В.В., Круглова А.А. Усовершенствование химического состава и технологических режимов производства штрипса К65-К70 (Х80-Х90) на базе имитационного моделирования // Металлург. 2013. № 2. С. 50 – 58.

14. Коротовская С.А., Нестерова Е.В., Орлов В.В., Хлусова Е.И. Влияние параметров пластической деформации на формирование ультрамелкозернистой структуры в низколегированных бейнитных сталях // Вопросы материаловедения. 2011. № 1 (65). С. 100 –109.

15. Коротовская С.В., Орлов В.В., Хлусова Е.И. Управление процессами структурообразования при термомеханической обработке судостроительных и трубных сталей унифицированного химического состава // Металлург. 2014. № 5. С. 71 – 78.