ВЗАИМОСВЯЗЬ УРОВНЯ ЛЕГИРОВАНИЯ, СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ

В связи с необходимостью решения важных проблем освоения мирового океана, особенно арктических районов, необходимо строительство современного флота, в том числе атомных ледоколов, судов арктического плавания, газовозов, стационарных и плавучих буровых платформ, подводных комплексов, обеспечивающих добычу нефти и газа на континентальном шельфе, обустройство прибрежных районов, строительство портов. Для этого требуется большое количество хладостойких, хорошо свариваемых сталей, причем сталей высокопрочных с целью снижения металлоемкости конструкций. Именно для решения этих задач развернуто строительство дальневосточной, самой крупной в России и в мире, судостроительной верфи «Звезда», модернизируется Выборгский судостроительный завод, «Северная верфь» в г. Санкт-Петербург и др. Создание новых сталей, по возможности с минимальным легированием, унифицированным химическим составом для обеспечения возможности разработки более экономичных технологий сварки и сборки столь уникальных конструкций судов и морских технических сооружений является насущной задачей. В работе рассмотрены вопросы формирования структуры низколегированных сталей с переменным содержанием никеля в процессе пластического деформирования. Исследования проводились на образцах от трех опытных плавок разного химического состава, отличающихся содержанием никеля (0,5, 1 и 2 %). Для выбранных ста- лей проведены испытания на исследовательском комплексе «Gleeble 3800», имитирующие термомеханическую обработку с различными температурными параметрами чистовой стадии прокатки и с ускоренным охлаждением до заданной температуры. В работе представлены результаты исследования структуры методами оптической металлографии и кристаллографического анализа с применением сканирующей электронной микроскопии (EBSD-анализ), определены механические свойства. Показано, что схема термодеформационного воздействия должна быть выбрана в зависимости от уровня легирования, т. е. от конечной превращенной структуры стали (феррито-бейнитной, бейнитной или мартенсито-бейнитной). Установлено, что в сталях с феррито-бейнитной структурой наиболее эффективно упрочнение получено за счет создания малоугловых границ в α-фазе при пластической деформации. Стали с бейнитной структурой не склонны к значительному упрочнению за счет изменения температурных параметров деформации на чистовой стадии термомеханической обработки, а в мартенсито-бейнитных сталях не выявлено режимов, обеспечивающих создание дополнительных малоугловых границ, что, возможно, связано с последующим воздействием полиморфного превращения по сдвиговому механизму.

1. Горынин И.В., Рыбин В.В., Малышевский В.А. и др. Экономно-легированные стали с наномодифицированной структурой для эксплуатации в экстремальных условиях // Вопросы материало- ведения. 2008. № 2 (54). С. 7 – 19.

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

3. Рыбин В.В., Хлусова Е.И., Нестерова Е.В., Михайлов М.С. Формирование структуры и свойств низкоуглеродистой низколегированной стали при термомеханической обработке с ускоренным охлаждением // Вопросы материаловедения. 2007. № 4(52). С. 329 – 340.

4. Хлусова Е.И., Мотовилина Г.Д., Голосиенко С.А. Возможности повышения прочностных характеристик экономнолегированных высокопрочных сталей за счет образования наноразмерных карбидов // Вопросы материаловедения. 2010. № 4 (64). С. 27 – 32.

5. Ермакова С.В., Орлов В. В., Круглова А.А., Хлусова Е.И. Сравнительные исследования фазовых превращений, структуры и свойств марганцево-никелевой стали после закалки с отпуском и термомеханической обработки // Проблемы черной металлургии и материаловедения 2010. № 4. С. 60 – 67.

6. Хлусова Е.И., Мотовилина Г.Д., Пазилова У.А., Голосиен- ко С.А. Влияние легирования на структуру и свойства высо- копрочной хладостойкой стали после термической и термомеханической обработки // Вопросы материаловедения. 2007. № 1(49). С. 20 – 31.

7. Хлусова Е.И., Круглова А.А., Орлов В.В. Влияние технологических режимов и химического состава на размер аустенитного зерна в низкоуглеродистой стали // Металловедение и термическая обработка металлов. 2007. № 12. С. 8 – 12.

8. Круглова А.А., Орлов В.В., Хлусова Е.И. Влияние горячей пластической деформации в аустенитной области на формирование структуры низколегированной низкоуглеродистой стали // Металловедение и термическая обработка металлов. 2007. № 12 (630). С. 8 – 12.

9. Михайлов М.С., Немец А.М., Нестерова Е.В. и др. Фазовые превращения в низкоуглеродистой высокопрочной стали при моделировании ТМО на деформационном дилатометре // Сб. тезисов II Междунар. школы «Физическое металловедение». – Тольятти, 2006. С. 172.

10. Козлов Э.В., Попова Н.А., Конева Н.А. Фрагментированная субструктура, формирующаяся в ОЦК-сталях при деформации // Известия РАН. 2004. Т. 68. № 10. С.1419 – 1427.

11. Рыбин В.В. Закономерности формирования мезоструктур в ходе развитой пластической деформации // Вопросы материаловедения. 2002. № 1. С. 11 – 33.

12. Бернштейн М.Л., Займовский В.А., Капуткина Л.М. Термомеханическая обработка стали / Под ред. М. Л. Бернштейна. – М.: Металлургия, 1983. – 480 с.

13. Ковальчук М.В., Орыщенко А.С., Малышевский В.А. и др. Проблемы создания технологичных экономнолегированных сталей для арктических конструкций // Вопросы материаловедения. 2017. № 2(90). С. 7 – 16.

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

15. Hanlon D.N., Van der Zwang S.J.S. The effect of plastic deformation of austenite on the kinetics of subsequent ferrite formation // ISN Int. 2001. No. 9. P. 1028 – 1036.

16. Коротовская С.В., 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.

17. Рыбин В.В. Структурно-кинетические аспекты развитой пластической деформации // Изв. вуз. Физика. 1991. № 3. С. 7 – 22.

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

19. Рыбин В.В., Рубцов А.С., Коджаспиров Г.Е. Структурные превращения в стали при прокатке с различной степенью и дробностью деформации // Физика металлов и металловедение. 1984. Т. 58. Вып. 4. С. 774 – 781.

20. 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. 2009. № 3. С. 21 – 28.

21. ГОСТ Р52927-2015. Прокат для судостроения из стали нормальной, повышенной и высокой прочности. – М.: Стандартинформ, 2015. – 62 c.