Введение 4
Глава 1 Обзор литературы 6
1.1 Аустенитные стали для криогенной техники 6
1.2 Свойства аустенитных коррозионностойких сталей, применяемых в
криогенных условиях 11
1.3 Способ получения и термообработки сталей: электрошлаковый
переплав и прокатка 16
1.4 Постановка задач исследования 21
Глава 2 Материал и методики исследования 23
2.1 Материал исследования 23
2.2 Методики исследования 24
2.2.1 Термомеханическая обработка: прокатка 24
2.2.2 Электронно - микроскопический анализ 25
2.2.3 Измерение микротвердости по Виккерсу 27
2.2.4 Испытание на растяжение 28
2.2.5 Испытание на ударный изгиб при пониженных и комнатных
температурах 28
2.2.6 Испытание на трибологические свойства 30
2.2.7 Испытание по определению коррозионной стойкости 32
Глава 3 Результаты исследования и их обсуждение 34
3.1 Микроструктура стали 03Х22Н10АГ6М2 34
3.1.1 Горячая деформация стали 03Х22Н10АГ6М2 34
3.1.2 Теплая деформация стали 03Х22Н10АГ6М2Ошибка! Закладка не определ
3.2 Механические свойства стали 39
3.2.1 Горячая деформация стали 03Х22Н10АГ6М2 39
3.2.2 Теплая деформация стали 03Х22Н10АГ6М2 41
3.3 Фрактография 43
3.4 Эксплуатационные свойства 51
3.4.1 Трибологические исследования 51
3.4.2 Исследования коррозионной стойкости 54
3.4.2.1 Исследования стойкости к общей коррозии 54
3.4.2.2 Исследования стойкости к межкристаллитной коррозии 57
Выводы 61
Список литературы 62
Аустенитные коррозионностойкие стали широко используются как криогенные материалы. Основным недостатком этих сталей является низкая прочность. К достоинствам относится высокая коррозионная стойкость и высокая ударная вязкость при низких температурах. Существуют несколько способов повысить прочность аустенитных сталей.
Во-первых, это холодная прокатка, которая позволяет получать в полностью нагартованном состоянии после холодной прокатки с обжатием 50-60 % предел текучести до 750 МПа, а предел прочности выше 900 МПа при уменьшении пластичности ниже 10 %.
Во-вторых, измельчение зерна при термомеханической обработке в процессе горячей прокатки позволяет поднять прочность аустенитных сталей за счет зернограничного упрочнения по закону Холла-Петча, значительный прирост прочности получается при совмещении рекристаллизационных процессов с нагартовкой.
Третьим способом повышения прочности аустенитных сталей является их насыщение азотом. Этот способ эффективно повышает прочность аустенитных сталей за счет твердорастворного упрочнения. Предел прочности превышает 900 МПа практически у всех азотосодержащих аустенитных сталей. Кроме того, существенно возрастает как эффективность измельчения зерен, так и нагартовки.
На рисунке 1.1 представлены характеристики известных сталей применяемых в криогенных условиях и облаком выделены круглые точки характеристик которые мы хотим получить.
Наша задача состоит в разработке аустенитной стали, которая сочетает высокую прочность (ов = 800-1100 МПа) с высокой пластичностью (5>25 %) и высокой ударной вязкостью (KCU-90 > 100 Дж/см2).
Эта задача может быть решена только в результате совместной разработки как азотосодержащей аустенитной стали, так и технологии ее термомеханической обработки. Последнее особенно важно, поскольку термомеханическая обработка является эффективным способом повышения механических свойств азотосодержащих аустенитных сталей. Это позволит создать сталь для морских конструкций, которые можно будет эксплуатировать при низких температурах, что актуально для российской промышленности, принимая во внимание планы по освоению арктического шельфа.
1. Горячая 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 1,7*1014 м-2, а при 700 °С формируется деформированная структура, средний размер зерна 4,5±1 мкм, плотность дислокаций 2,1 1014 м-2. Прочностные характеристики возрастают
с уменьшением температуры прокатки, при этом пластичность и ударная вязкость снижается более чем 2 раза.
3. В результате исследований установлено, что наилучшими сочетанием свойств сталь 03Х22Н10АГ6М2 обладает после прокатки при температуре 950 °С. При такой обработке значения ударной вязкости составляют 112 Дж/см2 при комнатной и 107 Дж/см2 при криогенной температуре и высокие прочностные характеристики: оВ-1000 МПа, о0,2870 МПа.
4. Исследования эксплуатационных свойств показали, что новая сталь 03Х22Н10АГ6М2 пригодна для применения в криогенных условиях под действием агрессивных сред.
