«новые материалы и нанотехнологии металлургическому и машиностроительному

ч. 1 ч. 2 ... ч. 6 ч. 7
МЕЖДУНАРОДНАЯ МОЛОДЕЖНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

«НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ – МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМУ И МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМУ ПРОИЗВОДСТВУ»
Доклады

11 ноября – 16 ноября, 2013 г

Москва

Оглавление



Москва 1

Оглавление 2

НОВЫЕ ХЛАДОСТОЙКИЕ ЭКОНОМНОЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТИ ДЛЯ СУДОСТРОЕНИЯ И МОРСКОЙ ТЕХНИКИ

Малышевский В.А., Хлусова Е.И., Голосиенко С.А.


(ЦНИИ «Прометей») 5

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИ ОБРАБОТАННЫХ СВЕРХУПРУГИХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ Ti-Nb

В.А. Шереметьев1, С.М. Дубинский1,2, Ю.С. Жукова1, В. Браиловский2, М.Р. Филонов1, М.И. Петржик1, С.Д. Прокошкин1
1) НИТУ «МИСиС»,
2) Ecole de Technologie Superieure, Montreal, Canada
16

НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИДОВ

Шляхин А.П., канд. тех. наук, Шушурин С.Н., Резнюков К.Ю., Коростелин А.А., канд. тех. наук (АХК ВНИИМЕТМАШ им. акад. Целикова А.И.)
Шляхин А.Н., канд. тех. наук (МГТУ "Станкин") 17

Разработка технологии производства на ОАО «НЛМК» УЛЬТРАтонкого оцинкованного проката

А.А. Савоста (ОАО «НЛМК»), В.А. Белоусов (к.ф.-м.н., ОАО «НЛМК») 30

ПЛАЗМЕННАЯ ПЕРЕРАБОТКА ЛОПАРИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА С ПОЛУЧЕНИЕМ ФЕРРОНИОБИЯ И ОКСИДОВ РЗМ

к.т.н. А.А.Николаев, к.т.н. Д.Е.Кирпичёв, д.т.н. А.В.Николаев,
д.т.н. академик РАН Ю.В.Цветков
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова
Российской академии наук (ИМЕТ РАН) 38

СТРУКТУРА ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ СИСТЕМ TiB2-Al


И TiC-Mo, ПОЛУЧЕННЫХ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНЫМ НАПЫЛЕНИЕМ

Романов Д.А., к.т.н., старший преподаватель, Олесюк О.В., доцент,


Будовских Е.А., д.т.н., профессор, Громов В.Е. д.ф-м.н, профессор,
Сибирский государственный индустриальный университет 48

ОЦЕНКА СТАБИЛЬНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА


ТЕПЛООБМЕННЫХ ТРУБ ДЛЯ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ АЭС

Паршаков С.И.1, Серебряков Ал.В.2, Серебряков Ан.В.3, Прилуков С.Б.3,


Мальцев В.В.3 , Циндраков А.С.3
1 Россия, Уральский федеральный университет, spi@eka-net.ru,
2 ООО «Новые технологии труб», ntt@pervouralsk.ru,
3 ОАО «Первоуральский новотрубный завод», Andrey.Serebryakov@chelpipe.ru 55

ПРОБЛЕМА КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ ИЗ КОРРОЗИОННОСТОЙКОЙ СТАЛИ

АЛ.В.СЕРЕБРЯКОВ1, А.И.СЛЕСАРЕВ2, АН.В.СЕРЕБРЯКОВ3, С.Б.ПРИЛУКОВ3
1 ООО «Новые технологии труб», , ntt@pervouralsk.ru
2Уральский федеральный университет, fmpk@dpt.ustu.ru
3 ОАО«Первоуральский новотрубный завод», Andrey.Serebryakov@chelpipe.ru 62

СИНТЕЗ МИКРОЭЛЕМЕНТА-НАНОРАЗМЕРНОГО ЖЕЛЕЗА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫМ ВОДОРОДНЫМ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ

Фолманис Ю.Г., Коваленко Л.В.
Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН 70

ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВАЦИИ КИСЛОРОДА НА НАНОКЛАСТЕРЕ ПАЛЛАДИЯ

Д.А. Пичугина, А.В. Белецкая, Н.Е. Кузьменко
Химический факультет Московского государственного университета
им. М.В. Ломоносова 73


НОВЫЕ ХЛАДОСТОЙКИЕ ЭКОНОМНОЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТИ ДЛЯ СУДОСТРОЕНИЯ И МОРСКОЙ ТЕХНИКИ

Малышевский В.А., Хлусова Е.И., Голосиенко С.А.


(ЦНИИ «Прометей»)
Рассмотрены современные требования к хладостойким судостроительным сталям с индексом «Arc», концепция разработки новых составов и технологических процессов производства толстолистового проката из высокопрочных сталей. Представлены результаты изготовления промышленной партии проката.
Осуществление масштабных проектов в Арктике и в северных регионах страны связано с необходимостью строительства средств разведки и добычи с месторождений углеводородов, расположенных в районах с очень низкими климатическими температурами, а также средств обеспечения, доставки грузов и транспортировки углеводородов к местам переработки - ледоколов, танкеров, газовозов, морских причалов, мостов. Развитие арктических регионов повлечет за собой неизбежные изменения в смежных отраслях. Создание различных сварных конструкций возможно при использовании высокопрочных хладостойких сталей с высоким комплексом свойств при одновременном обеспечении снижения себестоимости, материалоемкости и трудоемкости изготовления конструкций.

В 2012 году Российским морским регистром судоходства введены в действие требования к сталям с индексом «Arc». Этот индекс добавляется к обозначению стали категории F, выдержавшей определенный комплекс испытаний в соответствии требованиям, предъявляемым к сталям улучшенной свариваемости. Рядом с символом указывается расчетная (минимальная) температура материала Td (без знака «минус»), до которой сталь может быть использована для любых конструктивных элементов без ограничений (например, F36WArc40) [1]. За минимальную расчетную температуру Td, до которой данная сталь может быть использована для всех конструктивных элементов без ограничений, принимают наиболее высокое из всех значений (ТКБ , NDT, DWTT и CTOD), характеризующих работоспособность стали при низких температурах, для основного металла и сварного соединения.

На основании указанных выше положений могут быть определены максимальные значения температур вязко-хрупкого перехода исходя из условия обеспечения расчетной температуры материала минус 40оС (табл. 1).
Таблица 1. – Требования к температуре вязко-хрупкого перехода сталей с индексом «Arc40».


Td, оС

ТКБ, оС

NDT, оС

DWTT, оС

до 20 мм

до 30 мм

до 40 мм

до 50 мм

-40

-33

-40

-50

-60

-65

-40

Проблема разработки нового поколения экономнолегированных хорошо свариваемых сталей индексом «Аrc» с гарантированными пределом текучести от 500 до 690 МПа и характеристиками работоспособности, может быть решена путем снижения содержания в стали дорогостоящих легирующих элементов, применения новейших металлургических процессов и методов получения требуемого структурного состояния высокопрочной стали при специальной термопластической и прецизионной термической обработке [2].

Целью настоящей работы являлась разработка концепции создания высокопрочных сталей для арктического применения и подтверждение качества листового проката, изготовленного по разработанной технологии.


До последнего времени производство хладостойких сталей высокой прочности в России осуществлялось с применением закалки и высокого отпуска, что требовало достаточно высокого содержания углерода и легирующих элементов [4]. За рубежом применяется технология термомеханической обработки, которая позволяет обеспечить заданный уровень прочности, несмотря на снижение содержания углерода и минимальное легирование. В работах [5, 6] было показано, что в результате высокотемпературной термомеханической обработки прочность хромоникельмолибденовой стали может быть повышена на 25-30% без изменения ее легирования. Исследованиями установлено, что при ВТМО наилучший комплекс свойств сталей 09ХН2МД и 10ХН3МД обеспечивает окончание горячей пластической деформации аустенита при температуре несколько выше температуры динамической рекристаллизации или несколько ниже этой температуры с последующей выдержкой в течение 5 минут для развития метадинамической рекристаллизации и последующее ускоренное охлаждение для реализации фазовых превращений.

Разработка новых химических составов высокопрочных сталей (с пониженным по сравнению с существующими аналогами содержанием дорогостоящих легирующих элементов) выполнялась исходя из условия обеспечения при закалке листового проката преимущественно бейнитно-мартенситной структуры с минимальным содержанием (или полным отсутствием) структурно свободного феррита, который в структуре улучшаемых сталей высокой прочности оказывает отрицательное влияние на прочность и сопротивляемость хрупкому разрушению [7]. Сравнительный анализ диаграмм распада переохлажденного аустенита стали марки F690W традиционного (рис. 1а) и нового (рис. 1б) составов свидетельствует о том, что при реализуемых в промышленных условиях скоростях охлаждения при закалке листового проката толщиной до 50 мм (не менее 5о/сек) в сталях обоих составов формируется близкая по морфологическим признакам структура. При этом необходимо принять во внимание, что содержание дорогостоящих легирующих элементов (никель, хром, медь) в сталях нового состава на 20-30% ниже по сравнению со сталями традиционных составов. В частности, для стали марки F690W с индексом «Arc» суммарное содержание указанных элементов снижено с 5,2% до 3,9%.


а б


Рисунок 1. — Термокинетические диаграммы для стали марки F690W традиционного (а, 09ХН3МДФ) и нового (б, 09ХН2МДБ) составов
Формирование мелкодисперсного аустенита и соответственно мелкодисперсной и однородной превращенной мартенситно-бейнитной структуры в промышленных условиях прокатки достигается при протекании рекристаллизации. В работах [8, 9] были проведены исследования кинетики рекристаллизации в хромоникельмолибденовой стали высокой прочности и построена карта изменения поликристаллической структуры для исследованной стали, рис. 2.

Следует отметить, что динамическая рекристаллизация не является основным процессом для измельчения зерна в этих сталях при горячей прокатке, а неполное ее протекание приводит к разнозернистости. По результатам исследований установлено, что для измельчения зерна аустенита необходимо использовать междеформационные паузы для завершения статической рекристаллизации, которая и обеспечивает эффективное измельчение зерна. В промышленных условиях при этом необязательно стремиться к максимальным (>15÷20% за проход) обжатиям, регламентируя паузы между последовательными обжатиями с учетом кинетики статической рекристаллизации. На рис.3 представлена схема горячей прокатки с регламентированными паузами между обжатиями.


Рисунок 2 - Карта динамических и постдинамических (обозначения в скобках) механизмов изменения поликристаллической структуры аустенита стали марки 09ХН2МДБ при заданной скорости деформации



Рисунок 3 — Схема технологии горячей прокатки с регламентированной длительностью пауз между проходами


На пластометрическом комплексе Gleeble 3800 было проведено имитационное моделирование ТМО для стали 09ХН2МДБ по режимам, назначенным исходя из исследований кинетики рекристаллизации (с регламентацией пауз) и режимам, близким к промышленным до момента проведения настоящих исследований (без регламентации пауз). Показано, что образцы из стали марки 09ХН2МДБ, обработанные по режимам с регламентированной длительностью пауз, имеют более мелкое зерно аустенита и отличаются большими значениями микротвердости (рис.4), что подтвердило правильность выбранной схемы деформации.


а)


б)






в)

г)

Рисунок 4 - Микроструктура стали марки 09ХН2МДБ, после аустенитизации 60 с при Т=1200°С, Dз = 100 мкм, (а), после режима с регламентацией пауз, Dз = 15мкм (б) и после режима без регламентации пауз, Dз = 50 мкм (в), оптическая микроскопия, результаты измерения микротвердости (г).
Для повышения равновесности структуры, пластичности и вязкости, и особенно, для обеспечения коррозионно-механической прочности в разрабатываемых сталях необходимо применять высокий отпуск. Ранее выполненные исследования позволили установить, что после закалки с прокатного нагрева по сравнению с обычной закалкой сталь обладает повышенной отпускоустойчивостью [10], что потребовало применения более высоких температур и длительности отпуска, чем при обычно используемых режимах.

На основе проведенных исследований разработаны режимы горячей прокатки новых «arc-сталей» с пониженным уровнем легирования, которые позволяют обеспечить требуемое структурное состояние и высокий комплекс механических свойств в сталях экономного легирования.


Опробование промышленного производства новых хладостойких сталей высокой прочности с индексом «Arc» выполнялось на ООО «ОМЗ-Спецсталь». Прокатка листов осуществляется в кооперации с Череповецким металлургическим комбинатом ОАО «Северсталь» на стане «5000».

Цикл производства включает следующие стадии:



  • выплавку полупродукта в 120-тонной электродуговой печи;

  • доводку металла по химическому составу и вакуумирование;

  • разливку в кузнечные или листовые слитки;

  • прокатку листов на стане "5000" по разработанной схеме;

  • ускоренное охлаждение (закалку) непосредственно после прокатки;

  • высокий отпуск;

  • контроль качества и отделку листов.

Для изготовления опытных партий листового проката были изготовлены три опытно-промышленных плавки с химическим составом, приведенным в табл.2.
Таблица 2. – Химический состав стали.

Марка стали

Массовая доля химических элементов, %

Pcm

С

Si

Mn

P

S

Cr+Ni+Cu

Mo+V+Nb

Al

F500WARC40

0,09

0,24

0,65

0,006

0,002

2,37

0,23

0,02

0,22

F620WARC40

0,10

0,28

0,66

0,007

0,003

2,96

0,28

0,03

0,24

F690WARC40

0,09

0,25

0,65

0,005

0,002

3,54

0,29

0,03

0,25

Прокатка листов производилась в две стадии с регламентацией междеформационных пауз и промежуточного подстуживания, способствующих протеканию процессов статической рекристаллизации аустенита. Непосредственно после прокатки листы подвергали закалке в установке контролируемого охлаждения, после чего проводился отпуск в камерных печах с выкатным подом.

Анализ структуры изготовленного листового проката толщиной показал, что в листовом прокате толщиной до 50 мм всех категорий прочности формируется преимущественно смесь бейнита и мартенсита реечной и нереечной (гранулярной) морфологий (рис. 5 а – в) с мелкодисперсными карбидами цементитного типа и наноразмерных карбидов (карбонитридов) ниобия (рис. 5 г). Средняя величина действительного зерна находится в диапазоне от 10 до 25 мкм, что соответствует номерам 8 – 10 по ГОСТ 5639. В зависимости от толщины проката и категории прочности стали доля мартенситной составляющей в структуре стали находится в диапазоне от 20% до 80%. Структурно свободный феррит во всех исследованных образцах стали не выявлен.

Результаты определения стандартных механических свойства листов толщиной от 20 до 50 мм из «arc-сталей» категорий прочности 500, 620 и 690 МПа свидетельствуют о достижении высокого сочетания показателей прочности (рис. 6а), пластичности (рис. 6б) и вязкости (рис. 6в): средние значения предела текучести и временного сопротивления на 7-15% превышают требования, при этом значения относительного удлинения превышают требования в 1,3 – 1,5 раз, а ударной вязкости – в 2 – 3 раза, в том числе на образцах, изготовленных из середины по толщине листового проката.









а

б





в

г





д

е

Рисунок 5 — Микроструктура в середине по толщине листов толщиной 35 мм из стали марок F500WARC40 (а), F620WARC40 (б), F690WARC40 (в), наноразмерные карбиды в стали F690WARC40 (г), гранулярный бейнит в середине толщины (д) и реечный мартенсит на поверхности (е) листа 50 мм из стали F690WARC40 1.







а

б



в

Рисунок 6 – Механические свойства листового проката толщиной 20 – 50 мм из хладостойких «arc-сталей».
Анализ зависимостей значений работы удара на образцах с острым надрезом, отобранных от листового проката толщиной 50 мм из разработанных сталей (рис. 7), показывает, что существенное снижение вязкости стали происходит при температурах минус 60 – минус 80оС, в том числе при испытании образцов из середины толщины листов.






а

б





в

г





д

е

Рисунок 7 – Зависимость значений работы удара от температуры испытания образцов от листового проката толщиной 50 мм из стали марок F500WARC40 (а, б), F620WARC40 (в, г), F690WARC40 (д, е): а, в, д – образцы от поверхности по толщине; б, г, е – образцы из середины по толщине.
Выполнен комплекс испытаний листового проката с целью подтверждения соответствия требованиям «Правил…» РМРс к высокопрочным сталям с индексом «Arc». Полученные результаты (табл. 3) свидетельствуют о высоком качестве проката из новых сталей, позволяющем гарантировать высокую работоспособность при эксплуатации в условиях низких климатических температур (рис. 8).
Таблица 3. – Результаты определения показателей сопротивляемости хрупкому разрушению образцов от проката толщиной 50 мм.

Вид испытаний

Марка стали

Требования

F500WARC40

F620WARC40

F690WARC40

ТКБ, оС

-40

-55

-72

 -33

NDT, оС

-100

-75

-95

 -65

CTOD при -40оС, мм

1,18

0,68

0,62

≥ 0,30

По результатам опытно-промышленного произодства новых высокопрочных «arc – сталей» с нормируемым пределом текучести 500, 620 и 690 МПа разработаны техническая и технологическая документация на поставку листового проката.


Рисунок 8 – Вид излома полнотолщинного образца ТКБ от листового проката толщиной 50 мм из стали марки F620ARC40 после испытания при температуре -50оС.


ч. 1 ч. 2 ... ч. 6 ч. 7