МИКРОСТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛЕЙ ТИПОВ 316L И S700MC, ПОДВЕРГНУТЫХ РАЗЛИЧНЫМ ДЕФОРМАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКИМ ОБРАБОТКАМ, С ЦЕЛЬЮ СОЗДАНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
Введение 4
Глава 1 Обзор литературы 6
1.1 Общие характеристики исследуемых сталей 6
1.1.1 Коррозионностойкая аустенитная сталь типа 316L 6
1.1.2 Высокопрочная низкоуглеродистая сталь типа S700MC 8
1.2 Деформационно-термическая обработка исследуемых сталей 18
1.2.1 Деформационно-термическая обработка коррозионностойкой
аустенитной стали типа 316L 19
1.2.2 Деформационно-термическая обработка высокопрочной
низкоуглеродистой стали типа S700MC 20
1.3 Динамический возврат и динамическая рекристаллизация 22
1.3.1 Динамический возврат 22
1.3.2 Прерывистая динамическая рекристаллизация 24
1.3.3 Непрерывная динамическая рекристаллизация 26
1.4 Слоистые конструкционные металлические материалы и способы их
получения 28
1.5 Постановка задач исследования 32
Глава 2 Материал и методики исследования 34
2.1 Материал исследования 34
2.2 Продольная прокатка стали 35
2.3 Термомеханическая обработка 36
2.4 Темпформинг 36
2.5 Методика проведения испытания стали на растяжение для определения
механических свойств при комнатной и повышенных температурах 37
2.6 Методика проведения испытания стали на ударный изгиб при
комнатной и пониженных температурах 38
2.7 Методика проведения микроструктурных исследований 40
2.8 Методика определения разориентировки границ зерен методом EBSD- анализа 41
Глава 3 Результаты исследований и их обсуждение 42
3.1 Металлографические исследования 42
3.1.1 Исходные микроструктуры и механические свойства сталей типов
316L и S700MC 42
3.1.2 Микроструктуры сталей типов 316L и S700MC, подвергнутых
различным деформационно-термическим обработкам 44
3.2 Влияние температуры прокатки на механические свойства
коррозинностойкой аустенитной стали типа 316L 47
3.3 Влияние деформационно-термической обработки на механические свойства и ударную вязкость высокопрочной низкоуглеродистой стали
типа S700MC 49
3.4 Высокотемпературные свойства сталей типов 316L и S700MC 53
3.5 Разработка оптимального режима деформационно-термической
обработки для биметаллического листа 55
Выводы 58
Список литературы
В настоящее время железнодорожные и автомобильные цистерны для широкого класса грузов изготавливаются из стали 09Г2С, а также биметаллического листа ВСтЗсп5 + 12Х18Н10Т. Предел прочности этих сталей не превышает 550 МПа, а величина ударной вязкости 40 Дж/см2 при комнатной температуре. Предел текучести этих сталей не более 350 МПа и 250 МПа, соответственно. Ударная вязкость KCU сталей 09Г2С и ВСтЗсп5 при -60 °С не превышает 34 Дж/см2, а ударная вязкость нержавеющей стали существенно выше и может достигать 160 Дж/см2. Совершенствование конструкций цистерн идет по пути уменьшения их веса. В настоящее время основной выигрыш в весе цистерн может дать уменьшение веса ее котла за счет снижения толщины стенок, но для этого необходимо повысить прочность сталей, из которых изготавливаются котлы цистерн. Решение данной задачи требует применения свариваемых сталей с пределом прочности близким к 1000 МПа. С другой стороны, к котлам цистерн нового поколения предъявляются требования по коррозионной стойкости, что важно для транспортировки продуктов нефтехимии, а также пищевых продуктов. Для того чтобы обеспечить необходимую коррозионную стойкость конструкции, применяют нержавеющие стали, имеющие низкий предел текучести. Разрешить противоречие между прочностными и коррозионными свойствами сталей позволяет применение биметалла, в котором основной слой должен обладать высокой прочностью, а поверхностный слой будет представлять собой лист из нержавеющей стали. Таким образом, необходима разработка новой технологии изготовления биметаллических листов, обладающих высокими прочностными свойствами. Одним из перспективных методов получения биметаллических конструкционных материалов является электрошлаковая наплавка. Применение данной технологии позволит осуществить переход от энергозатратной и трудоемкой пакетной прокатки, а также заменить материала основного слоя биметаллического листа на современные высокопрочные стали типа S700MC, прочностные характеристики которых возможно повысить в результате применения термомеханической обработки. Получение биметаллического листа, состоящего из высокопрочной низкоуглеродистой стали типа S700MC, используемой в качестве основного слоя, и аустенитной коррозионностойкой стали типа 316L, применяемой в качестве наплавляемого слоя, требует разработки оптимального режима деформационно-термической обработки, позволяющего получить комплекс улучшенных физических и механических свойств.
В данной работе были изучены деформированные микроструктуры аустенитной коррозионностойкой стали типа 316L, подвергнутой прокатке при температурах 500, 600, 700 и 900 °С, и высокопрочной низкоуглеродистой стали типа S700MC, подвергнутой прокатке с понижением температуры и темпформингу. Оценено влияние деформационно-термической обработки на механические свойства исследуемых сталей. Также предложен режим деформационно-термической обработки для биметаллического материала. Полученные результаты можно кратко сформулировать следующим образом:
1) Металлографические исследования показали, что деформационно-термическая обработка является эффективным способом измельчения микроструктуры в сталях типов 316L и S700MC. Прокатка при температуре 500°С аустенитной стали типа 316L приводит к уменьшению среднего размера зерна от 20 до 0,945 мкм. Формирующаяся в процессе деформации микроструктура стали типа 316L зависит от температуры прокатки и характеризуется развитием прерывистой и непрерывной динамической рекристаллизации. Темпформинг стали типа S700MC характеризуется развитием мелкозернистой структуры со средним размером зерна 530 нм.
2) Применение деформационно-термических обработок для сталей 316L и S700MC приводи к значительному увеличению прочностных характеристик. Предел текучести аустенитной стали типа 316L, подвергнутой прокатке при температуре 500 °С, увеличивается от 230 до 945 МПа по сравнению с исходным состоянием, а предел прочности стали типа S700MC, подвергнутой темпформингу, увеличивается от 795 до 1110 МПа.
3) Установлено, что деформационно-термическая обработка позволяет повысить значения ударной вязкости. После ТМО значения ударной вязкости при комнатной температуре выросли до 165 Дж/см2, однако после темпформинга сталь демонстрирует обратную температурную зависимость ударной вязкости до значений более 463 Дж/см2 при температуре -40 °С с последующим снижением значений KCV, а при температуре жидкого азота KCV = 99 Дж/см2.
4) Предложен режим деформационно-термической обработки биметаллического материала, состоящего из высокопрочной низкоуглеродистой стали типа S700MC в качестве подложки и аустенитной коррозионностойкой стали типа 316L в качестве наплавленного слоя: гомогенизационный отжиг при температуре 1100 °С в течении 1 часа с последующей ковкой при температуре отжига с охлаждением в воде, закалка при температуре 1100 °С в течение 30 минут с охлаждением в масло и последующую прокатку при температуре 600 °С до истинных степеней деформации 1,5 и 1,2 для основного слоя и наплавленного.
