Введение
Глава 1. Анализ существующих научных исследований по разработке способов управления структурой и свойствами высокопрочных аустенитных сталей .19
1.1 Азотсодержащие аустенитные стали .19
1.1.1 Влияние легирующих элементов на свойства аустенитных сталей .19
1.1.2 Высокопрочные аустенитные стали, легированные азотом .22
1.1.3 Основные способы упрочнения ау стенитных сталей, в том числе с азотом .26
1.1.4 Основные методы введения азота в сталь при производстве .31
1.1.5 Свариваемость азотсодержащих аустенитных сталей .32
1.1.6 Применение азотсодержащих аустенитных сталей .35
1.2 Формирование структуры и свойств азотсодержащих аустенитных сталей на всех стадиях изготовления металлургических полуфабрикатов .36
1.2.1 Механизмы кристаллизации аустенитных сталей .36
1.2.2 Влияние процессов упрочнения и разупрочнения, происходящих в аустенитных сталях при высокотемпературной термодеформационной обработке, на формирование структуры .44
1.2.3 Процессы разупрочнения, происходящие в аустенитных сталях при термической обработке .53
1.2.4 Влияние вторичных фаз на структурообразование в аустенитных сталях 57
1.3 Методы моделирования формирования структуры сталей на различных технологических стадиях производства .60
1.4 Формирование структуры и свойств аустенитных сталей в процессе статического, циклического и динамического нагружения .63
1.4.1 Влияние скорости деформации на изменение структуры и свойств аустенитных сталей при эксплуатационных нагрузках .63
1.4.2 Влияние знакопеременной нагрузки на изменения структуры и свойств, происходящие в аустенитных сталях при воздействии циклического нагружения .67
Заключение и постановка задачи работы .71
Глава 2. Материалы, методы их исследований и испытаний .78
2.1 Материал для исследования .78
2.2 Исследование структурных и фазовых превращений .79
2.3 Оборудование для имитационного моделирования 79
2.3.1 Имитационное моделирование на комплексе GLEEBLE 3800 .79
2.3.2 Имитационное моделирование горячей прокатки на автоматизированном опытном прокатном комплексе «Стан кварто-800» .80
2.4 Методы исследования структуры стали .81
2.4.1 Оптическая металлография .81
2.4.2 Метод дифракции обратно-отраженных электронов (EBSD) на основе сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) .82
2.4.3 Метод просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) .82
2.4.4 Метод растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа .83
2.5 Методы стандартных механических испытаний .83
2.5.1 Испытание на растяжение .83
2.5.2 Испытания на ударный изгиб 83
2.6 Определение магнитной проницаемости .84
2.7 Определение коррозионной стойкости азотсодержащей стали .85
2.7.1 Определение стойкости стали к межкристаллитной коррозии .85
2.7.2 Измерение потенциала коррозии .85
2.7.3 Оценка стойкости к питтинговой и щелевой коррозии 85
2.8 Методика проведения динамического нагружения .85
2.9 Проведение циклических испытаний .87
2.9.1 Циклическое нагружение с постоянной амплитудой деформации (жесткий цикл нагружения) .87
2.9.2 Циклическое нагружение с постоянной амплитудой напряжений (мягкий цикл нагружения) .88
Выводы по главе 2 .88
Глава 3. Процессы формирования структуры и свойств высокопрочной азотсодержащей стали при кристаллизации, последующей горячей деформации и термической обработке .89
3.1 Исследование формирования структуры стали в процессе кристаллизации и последующего охлаждения .90
3.1.1 Определение температур ликвидус и солидус стали марки 04Х20Н6Г11М2АФБ .92
3.1.2 Исследование влияния содержания легирующих элементов в стали на образование -феррита в процессе кристаллизации и последующего охлаждения .93
3.1.3 Исследование процессов структурообразования в стали в зависимости от механизма кристаллизации 101
3.1.4 Влияние скорости охлаждения на структурообразование и морфологию -феррита в стали в зависимости от механизма кристаллизации .109
3.1.5 Исследование литой микроструктуры стали, полученной в промышленных условиях .109
3.1.6 Оптимизация содержания легирующих элементов в азотсодержащей стали 122
3.2 Исследование изменения литой структуры стали в процессе технологических переделов 125
3.2.1 Исследование кинетики превращения -феррита в литой структуре при аустенитизации 125
3.2.2 Эволюция литой структуры в процессе горячей деформации в зависимости от термодеформационных режимов 131
3.2.3 Исследование кинетики превращения -феррита в деформированной структуре при термической обработке (аустенитизации) 149
3.3 Влияние термодеформационных параметров на релаксационные процессы и формирование структуры, происходящие в стали при ВТМО .152
3.3.1 Влияние термодеформационных параметров на сопротивление деформации .153
3.3.2 Определение условий реализации релаксационных процессов в азотсодержащей стали в междеформационных паузах .172
3.3.2.1 Определение параметров статической рекристаллизации после горячей деформации .173
3.3.2.2 Исследование влияния степени дробной деформации на развитие метадинамической рекристаллизации .180
3.3.3 Формирование зародышей рекристаллизации в процессе динамической рекристаллизации стали .187
3.3.4 Исследование условий образования вторичных фаз в азотсодержащей стали .194
3.3.4.1 Определение температурного и временного интервалов начала и окончания выделения вторичных фаз в зависимости от степени деформации .195
3.3.4.2 Определение температурных интервалов начала и окончания выделения вторичных фаз при охлаждении .199
3.4 Исследование процессов структурообразования, происходящих в стали при термической обработке .200
3.4.1 Влияние степени предварительной деформации и температуры выдержки при термической обработке на процессы происходящие в стали 200
3.4.2 Исследование влияния температуры выдержки при термической обработке на изменение содержания и морфологии 5-феррита 203
Выводы по главе 3 205
Глава 4. Разработка технологии производства полуфабрикатов из высокопрочной азотсодержащей стали 211
4.1 Разработка технологии производства листового проката из азотсодержащей стали в толщинах от 20 до 45 мм 213
4.1.1 Имитационное моделирование отдельных стадий термомеханической обработки применительно к оборудованию стана «5000» ПАО «Северсталь» 213
4.1.2 Реализация различных режимов термомеханической обработки стали на оборудовании стана «5000» ПАО «Северсталь» 219
4.1.3 Технологические схемы изготовления листового проката толщиной 20-45 мм на стане «5000» ПАО «Северсталь» 226
4.2 Разработка технологии производства листового проката в толщинах от 4 до 18 мм 245
4.2.1 Имитационное моделирование отдельных стадий термомеханической обработки применительно к оборудованию стана «2000» АО «ВМК «Красный Октябрь» 245
4.2.2 ВТМО азотсодержащей стали на автоматизированном опытном прокатном комплексе «Стан кварто-800» 250
4.2.3 Технологические схемы изготовления листового проката толщиной 4-18 мм на стане «2000» АО «ВМК «Красный Октябрь» 256
4.3 Разработка технологии производства несимметричного профильного проката из высокопрочной азотсодержащей стали на стане «630/420» ООО «РМ-Стил» 263
4.3.1 Исследование влияния термодеформационных параметров при изготовлении профильного проката на формирование структуры и свойств стали 263
4.3.2 Разработка режимов термической обработки профильного проката 270
4.4 Оптимизация технологии производства поковок различного сортамента из азотсодержащей стали 271
4.4.1 Анализ причин повышенного трещинообразования и технологических схем изготовления брам и поковок на ковочном прессе усилием 3200 тс ООО «ОМЗ-Спецсталь» 271
4.4.2 Технологические схемы изготовления поковок на оборудовании «ОМЗ «Спецсталь» 276
4.4.3 Технологические схемы изготовления раскатных колец на стане RAW 400(500)/400(500) 600-1200 ПАО «Русполимет» 281
4.4.4 Рекомендации по оптимизации технологических схем изготовления листового проката и поковок из стали марки 04Х20Н6Г11М2АФБ 283
Выводы по главе 4 286
Глава 5. Исследование технологичности высокопрочной азотсодержащей стали при изготовлении изделий и конструкций 292
5.1 Исследование технологичности стали при изготовлении гнутых и штампованных деталей 292
5.1.1 Влияние степени холодной деформации на изменение структуры и физико-механических свойств стали при гибке 294
5.1.2 Влияние холодной деформации на изменение структуры и свойств стали при одноосном растяжении 301
5.1.3 Исследование изменения структуры и свойств стали при холодной штамповке на промышленном оборудовании АО «Адмиралтейские верфи» 306
5.1.4 Практическая реализация технологии изготовления штампованных деталей на оборудовании АО «Адмиралтейские верфи» 315
5.2 Исследование формирования структуры металла шва, зоны термического влияния сварных соединений из азотсодержащей стали 323
5.2.1 Особенности сварочных материалов и технологии сварки аустентных сталей, легированных азотом 324
5.2.2 Исследование структуры и химического состава различных зон сварного соединения 327
5.2.3 Исследование структуры зоны термического влияния сварных соединений 335
5.2.4 Определение температурного интервала выделения вторичных фаз в азотсодержащей стали в диапазоне характерных скоростей охлаждения при сварке 339
5.2.5 Определение физико-механических свойств металла сварного соединения 343
5.3 Оптимизация параметров механической обработки стали 345
Выводы по главе 5 350
Глава 6. Исследование эксплуатационных свойств азотсодержащей стали 353
6.1 Влияние динамического нагружения на изменение структуры и свойств стали 354
6.1.1 Влияние динамического нагружения на изменение механических свойств стали 354
6.1.2 Эволюция структуры стали при динамическом нагружении 355
6.1.3 Фрактографический анализ мест разрушения пластин из стали после динамичеcкого нагружения 363
6.1.4 Определение предельной деформационной способности стали и сварных соединений при динамическом нагружении 364
6.2 Влияние статического нагружения на структуру и свойства стали 370
6.2.1 Особенности изменения механических свойств стали при статическом нагружении 370
6.2.2 Исследование изменения структуры стали при статическом нагружении 372
6.3 Влияние циклического нагружения на структуру и свойства стали 381
6.3.1. Влияние малоцикловой усталости на изменение стру ктуры и свойств стали .382
6.3.1.1 Определение эффекта Баушингера .382
6.3.1.2 Исследование малоцикловой усталости азотсодержащей стали при жестком цикле нагружения .382
6.3.1.3 Исследование малоцикловой усталости азотсодержащей стали при мягком цикле нагружения .388
6.3.1.4 Влияние предварительной холодной деформации на характеристики малоцикловой усталости .390
6.3.2 Исследование многоцикловой усталости азотсодержащей стали .392
6.4 Влияние упругопластической деформации на магнитные свойства стали 394
6.5 Коррозионная стойкость стали марки 04Х20Н6Г11М2АФБ .397
Выводы по главе 6 .397
Основные выводы 401
Список литературы 411
Приложение: акты внедрения 429
