Введение
Глава 1 Обзор литературы 6
1.1 Аустенитные стали для криогенной техники 6
1.1.1 Высокоазотистые аустенитные стали 11
1.1.2 Свойства известных аустенитных коррозионностойких сталей,
применяемых в криогенных условиях 20
1.2 Обработка металлов давлением 24
1.2.1 Понятие о механизме пластического деформирования при
обработке металлов давлением 24
1.2.2 Способы обработки металлов давлением 27
1.3 Динамическая рекристаллизация 35
1.4 Постановка задач исследования 40
Глава 2 Материал и методики исследования 42
2.1 Материал исследования 42
2.2 Методики исследования 45
2.2.1 Методика деформационно - термической обработки 45
2.2.1.1 Прокатка 45
2.2.1.2 Многократная ковка 46
2.2.2 Электронно-микроскопический анализ 48
2.2.3 Испытание на растяжение 49
2.2.4 Испытание на ударный изгиб при пониженных и комнатных
температурах 50
2.3 Техника безопасности 51
Глава 3 Результаты исследования и их обсуждение 57
3.1 Прокатка стали 03Х22Н10АГ6М2 57
3.1.1 Микроструктура стали 03Х22Н10АГ6М2 после прокатки 57
3.1.2 Механические свойства стали 03Х22Н10АГ6М2 после прокатки . 60
3.2 Многократная ковка стали 03Х22Н10АГ6М2 при 800 °С 64
3.2.1 Деформационное поведение стали 03Х22Н10АГ6М2 при
многократной ковке 800 °С 64
3.2.2 Микроструктура стали 03Х22Н10АГ6М2 после многократной
ковки при 800 °С 66
3.2.3 Механические свойства стали 03Х22Н10АГ6М2 после
многократной ковки при 800 °С 70
3.3 Многократная ковка стали 03Х22Н10АГ6М2 с понижением
температуры 72
3.3.1 Деформационное поведение стали 03Х22Н10АГ6М2 при
многократной ковке с понижением температуры 72
3.3.2 Микроструктура стали 03Х22Н10АГ6М2 после многократной
ковки с понижением температуры 73
3.3.3 Механические свойства стали 03Х22Н10АГ6М2 после
многократной ковки с понижением температуры 78
3.4 Обоснование экономической целесообразности проведения работ 80
Выводы 85
Список литературы 86
Исследование процессов динамической рекристаллизации является одной из самых важных задач для производства мелкозернистых конструкционных сталей и сплавов с требуемыми механическими свойствами. Динамическая рекристаллизация легко проходит в материалах с гранецентрированной кубической решеткой и приводит к требуемым прочностным свойства при обработке металла.
Новые зерна развиваются с помощью локальной миграции границы зерен (выгибания) в сторону больших искажений решетки, которая связана с высокой плотностью дислокаций. Это обычно и служит движущей силой прерывистой рекристаллизации. При понижении температуры деформации способность границы зерен мигрировать снижается, что приводит к смене механизма. Происходит увеличение доли субграниц, которые образуют непрерывную сеть, затем увеличивается их разориентировка вплоть до значений обычных границ зерен и образуют непрерывную сеть напряженно- индуцированных высокоугловых границ зерен, это приводит к так называемой непрерывной динамической рекристаллизации. Механизм непрерывной динамической рекристаллизации характеризуется довольно плохой кинетикой, поэтому получение сверхмелкозернистых микроструктур требует больших деформаций.
Аустенитные нержавеющие стали являются типичными представителями сталей с низкой энергией дефекта упаковки и характеризуются довольно хорошим протеканием динамической рекристаллизации во время горячей обработки. Поэтому микроструктура в аустенитных нержавеющих сталях легко регулируются условиями деформационно - термической обработки. Прерывистая динамическая рекристаллизация позволяет получить размер зерен на уровне микрометра. Дальнейшее уменьшение зерна требует обработки в условиях снижения температуры. Предложенный диапазон деформационно - термической 4
обработки в 0,6 Тпл является эффективным методом получения аустенитных нержавеющих сталей с ультрамелкозернистыми микроструктурами. Этот температурный диапазон примерно соответствует переходу между теплым и горячим деформированием. В таких условиях происходит развитие субграниц с быстро возрастающими разориентациями (непрерывный механизм), за которым следует локальное выгибание границы зерен (прерывистый механизм), приводит к измельчению зерен при относительно небольших общих деформациях. Поэтому основная цель настоящего исследования состоит в том, чтобы изучить процессы, протекающие в стали 03Х22Н10АГ6М2, при выбранных деформационно - термических обработках. Данная аустенитная коррозионностойкая сталь является усовершенствованным представителем сталей, применяемых при криогенных температурах.
1. Прокатка стали 03Х22Н10АГ6М2 при 1000 °С и 950 °С приводит к формированию мелкозернистой структуры со средним размером зерна 11 и 8±1 мкм, и повышению прочностных характеристик: предел текучести возрастает в 1,5 раза, предел прочности в 1,2 раза. Ударная вязкость образцов после прокатки при 1000 °С составляет 287 Дж/см2 при комнатной температуре и 171 Дж/см2 при криогенной, после прокатки 950 °С - 112 Дж/см2 при комнатной и 107 Дж/см2 при криогенной температуре.
2. Прокатка стали 03Х22Н10АГ6М2 при 800 °С приводит к
формированию частично рекристаллизованной структуры, средний размер зерна 3±1 мкм и плотностью дислокаций 1,2*1014 м-2, а при 700 °С формируется деформированная структура, средний размер зерна 4,5±1 мкм, плотность дислокаций 5,9 1014 м-2. Прочностные характеристики возрастают
с уменьшением температуры прокатки, при этом пластичность и ударная вязкость снижается более чем 2 раза.
3. Многократная ковка при 800 °С приводит к формированию ультрамелкозернистой структуры со средним размером зерна 0,7 мкм. При низких суммарных степенях деформации динамическая рекристаллизация идет по непрерывному механизму, с повышением степени деформации происходит смена механизма на прерывистый. После 10 последовательных осадок до е=4 происходит увеличение предела прочности стали 03Х22Н10АГ6М2 на 200 МПа, предел текучести - на 70 МПа, в то время как пластичность уменьшилась в 3 раза.
4. Многократная ковка с понижением температуры приводит к формированию ультрамелкозернистой структуры со средним размером 0,5 мкм. При понижении температуры прокатки и увеличении степени деформации до £=2,4 происходит повышение прочностных характеристик, а именно: ob до 1160 МПа, о0,2 до 990 МПа. Пластичность стали 03Х22Н10АГ6М снижается на 48 %.
