Высокопрочная аустенитная Mn–Ni–Cu–V–C дисперсионно-твердеющая сталь

Представлены результаты исследования структуры и механических свойств высокопрочной аустенитной бесхромистой дисперсионно-твердеющей Mn–Ni–V–C стали с пределом текучести не менее 700 МПа, состав которой и способ упрочнения были выбраны с учетом того, что сталь должна удовлетворять требованиям высокой прочности и немагнитности и обладать величиной электродного потенциала в хлоридных средах, обеспечивающей исключение гальванической коррозии при контакте с ферромагнитными низколегированными и углеродистыми сталями. Показано, что при введении в сталь Mn–Ni–V–C 1–2%Cu на фазовой диаграмме Fe–Ni–Mn расширяется область существования γ-фазы, сужается двухфазная γ+α-область и сдвигается в сторону меньших содержаний Mn, повышая стабильность аустенита к мартенситному превращению при холодной деформации. Предложена численная оценка влияния легирующих аустенитообразующих элементов Ni, Mn, Cu на критическую степень холодной пластической деформации, приводящей к образованию в стали мартенсита деформации. Установлен температурный интервал обратного превращения данного мартенсита в аустенит при отжиге в зависимости от содержания никеля в стали. Для дисперсионно-твердеющей стали состава 10%Mn; 10%Ni; 2%Cu; 0,3–0,4%С; ~1,4%V изучены закономерности растворения при нагреве под закалку и выделения при старении частиц упрочняющей карбидной фазы VC. Показано, что максимальная прочность обеспечивается после закалки от 1150°С и старения при 650°С, 15 ч. С увеличением длительности старения от 0,7 до 10 ч циклическая долговечность стали возрастает, но старение на прочность, близкую к максимальной, приводит к снижению этого показателя. С учетом проведенных исследований стабильности аустенита, статической и циклической прочности и долговечности обоснован оптимальный интервал легирования стали никелем, марганцем и медью и выявлен оптимальный режим термической обработки, обеспечивающий сочетание высокой прочности с хорошей пластичностью и вязкостью стали.

1. Патент РФ № 2052532. Нержавеющая сталь / О. А. Банных, О. Г. Соколов, Н. П. Лякишев, В. М. Блинов, М. В. Костина и др. – Зарегистрирован в Госреестре изобретений 20.01.96.

2. Банных О. А., Блинов В. М.. Дисперсионно-твердеющие немагнитные ванадийсодержащие стали. – М.: Наука, 1980. – 190 с.

3. Костина М. В. Разработка высокопрочных немагнитных Mn–Ni–Cu–V–(Mo)–C сталей, коррозионно-совместимых с низколегированными и углеродистыми сталями // Дис. ... канд. техн. наук. – М.: ИМЕТРАН, 1993. – 152 с.

4. Банных О. А., Блинов В. М., Костина М. В. Влияние никеля, марганца и меди на стабильность бесхромистого аустенита при холодной пластической деформации // Металлы. – 1995. – № 2. – С. 62–66.

5. Банных О. А., Блинов В. М., Костина М. В. О влиянии меди и никеля на прочность и вязкость стареющих сталей // Металлы. – 1993. – № 1. – С. 67–72.

6. Немировский Ю. Р., Кибальник В. Д., Хадыев М. С., Немировский М. Р., Банных О. А., Блинов В. М., Костина М. В. Исследование процессов старения в стали 40Г10Н10Ф, легированной медью // ФММ. – V. 79, вып. 5. – 1995. – C. 111–121.

7. Smallman R. E., Ngan A. H. W. Precipitation Hardening. Chapter 13: Modern Physical Metallurgy (Eighth Edition), 2014. – P. 499–527.

8. Sourmail T. Precipitation in Creep Resistant Austenitic Stainless Steels // Materials Science and Technology. – 2001. – January. – 2001. – V. 17(1) . – P. 1–14. DOI:10.1179/026708301101508972

9. Raman L., Gothandapani K., Murty B. S. Austenitic oxide dispersion strengthened steels: A review // Defence Science Journal. – 2016. – V. 66, N 4, July. – P. 316–322. DOI: 10.14429/dsj.66.10205- 2016, DESIDOC.

10. Kumar S. S., Sandee p E. S., Chandrasekhar S. B., Karak S. K. Development of nanooxide dispersed 304L steels by mechanical milling and conventional sintering // Articles Mater. Res. – 2016. – V. 19 (1) Jan–Feb. https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2015-0593.

11. Dispersion strengthening of austenitic manganese alloy by using the aluminum oxide nanopowder and vanadium / A. Oakley , M. Ratishvili , B. Margieva.e. // Materials science (S36), Georgian Engineering News (GEN). – 2008. – N 1. – P. 52–55.

12. Solenthaler Ch., Ramesh M., Uggowitzer P. J., Spolenak R. Precipitation strengthening of Nb-stabilized TP347 austenitic steel by a dispersion of secondary Nb (C, N) formed upon a short-term hardening heat treatment // Materials Science and Engineering A. – 2015. – N 647. – P. 294–302. DOI: 10.1016/j.msea.2015.09.028.

13. Kaputkina L. M., Svyazhin A. G., Bronz A. V., SmaryginaI. V., Bazhenov V. E., Kindop V. E. Hardening of austenitic steels with high Mn and Al content // Materials science. Nonequilibrium phase transformations. – 2015. – N 1. – P. 22–24.

14. Precipitation strengthening in high manganese austenitic TWIP steels / C. P. Scott , B. R. Jean - Louis Colleta. e. // International Journal of Materials Research (formerly Zeitschrift für Metallkunde). – 2011. – V. 102(5). – P. 538–549. DOI: 10.3139/146.110508

15. Iker M., Gaude -Fugarolas D., Jacques P. J., Delannay F. Improvement of the Mechanical Properties of High Manganese Steels by Combination of Precipitation Hardening and Mechanical Twinning // Advanced Materials Research. – 2007. – V. 15–17. – P. 852–857. https://www.researchgate.net/publication/200677375_Improvement_of_the_Mechanical_Properties_of_High_Manganese_Steels_by_Combination_of_Precipitation_Hardening_and_Mechanical_Twinning#fullTextFileContent

16. Farooq M. Strengthening and degradation mechanisms in austenitic stainless steels at elevated temperature. Doctoral Thesis. Stockholm 2013 – http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:621120/ FULLTEXT01.pdf

17. Косицына И. И., Сагарадзе В. В. Высокопрочные аустенитные стали с карбидным упрочнением. – Екатеринбург: УрО РАН, 2010. – 178 с.

18. Сагарадзе В. В., Уваров А. И. Упрочнение и свойства аустенитных сталей. – Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2013. – 720 с.

19. Приданцев М. В., Талов Н. П., Левин Ф. Л. Высокопрочные аустенитные стали. – М.: Металлургия, 1969. – 248 с.