Связь хладостойкости и трещиностойкости со структурой листового проката больших толщин из судостроительных сталей различных уровней прочности

Исследована структура листового проката из хладостойких судостроительных сталей повышенной и высокой прочности, широко востребованных для строительства морской техники арктического применения, в первую очередь мощных атомных ледоколов. Для исследования структуры использованы современные методики количественной оценки параметров структуры с помощью оптической металлографии, дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD-анализа) и просвечивающей электронной микроскопии. Показаны основные структурные особенности, оказывающие влияние на характеристики работоспособности листового проката в зависимости от уровня прочности и технологии производства. Установлена взаимосвязь хладостойкости и трещиностойкости со структурой листового проката больших толщин из судостроительных сталей различных уровней прочности.

1. Филин В. Ю. Контроль качества сталей для крупногабаритных сварных конструкций Арктического шельфа. Применение российских и зарубежных требований // Вопросы материаловедения. – 2019. – № 2 (98). – С. 136–153.

2. Давиденков Н. Н. Динамическая прочность и хрупкость металлов. Т. 1 – Киев: Наукова думка, 1981. – 704 с.

3. Мешков Ю. Я., Пахаренко Г. А. Структура металла и хрупкость стальных изделий. – Киев: Наукова думка, 1985. – 268 с.

4. Трефилов В. И., Мильман Ю. В., Фирстов С. А. Физические основы прочности тугоплавких металлов. – Киев: Наукова думка, 1975. – 316 с.

5. Pickering F. B., Gladman T. Metallurgical developments in carbon steels // The Journal of the Iron and Steel Institute. – 1963. – N 81. – P. 10–25.

6. Mintz B., Peterson G., Nassar A. Structure-property relationships in ferrite-pearlite steels // Ironmaking and Steelmaking. – 1994. – N 21. – P. 215–222.

7. Hanamura T., Yin F., Nagai K. Ductile-brittle transition temperature of ultrafine ferrite/cementite microstructure in a low carbon steel controlled by effective grain size // The Iron and Steel Institute of Japan. – 2004. – N 44. – P. 610–617.

8. Wang C., Wang M., Shi J., Hui W., Dong H. Effect of microstructural refinement on the toughness of low carbon martensitic steel // Scripta Materialia. – 2008. – N 58. – P. 492–495.

9. Morris Jr. J. W. On the ductile-brittle transition in lath martensitic steel // The Iron and Steel Institute of Japan. – 2011. – N 51. – P. 1569–1575.

10. Bhattacharjee D., Knott J. F., Davis C. L. Charpy-impact-toughness prediction using an ‘effective’ grain size for thermomechanically controlled rolled microalloyed steels // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2004. – N 35. – P. 121–130.

11. Kaijalainen A .J., Suikkanen P. P., Limnell T. J., Karjalainen L. P., Kömi J. I., Porter D. A. Effect of austenite grain structure on the strength and toughness of direct-quenched martensite // Journal of Alloys and Compounds. – 2013. – N 577. – P. 642–648.

12. Isasti N., Jorge-Badiola D., Taheri M. L., Uranga P. Microstructural features controlling mechanical properties in Nb–Mo microalloyed steels. Part II: impact toughness // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2014. – N 45. – P. 4972–4982.

13. Jia T., Zhou Y., Jia X., Wang Z. Effects of microstructure on CVN impact toughness in thermomechanically processed high strength microalloyed steel // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2016. – N 48. – P. 685–696.

14. Han J., Da Silva A. K., Ponge D., Raabe D., Lee S.-M., Lee Y.-K., Lee S.-I., Hwang B. The effects of prior austenite grain boundaries and microstructural morphology on the impact toughness of intercritically annealed medium Mn steel // Acta Materialia – 2017. –N 122. – P. 199–206.

15. Лаврентьев А. А., Голосиенко С. А., Ильин А. В., Михайлов М. С., Мотовилина Г. Д., Петров С. Н., Садкин К. Е. Сопротивление хрупкому разрушению высокопрочной среднелегированной стали и его связь с параметрами структурного состояния // Вопросы материаловедения. – 2019. – № 3(99). – C. 128–147.

16. Марголин Б. З., Фоменко В. Н., Швецова В. А., Юрченко Е. В. Радиационное и термическое охрупчивание корпусных реакторных сталей: связь механизмов охрупчивания и разрушения с характеристиками зарождения и распространения микротрещин. Часть 1. Стратегия, программа и методы экспериментальных и расчетных исследований // Вопросы материаловедения. – 2024. – № 1 (117). – С. 173–194.

17. Марголин Б. З., Фоменко В. Н., Швецова В. А., Юрченко Е. В. Радиационное и термическое охрупчивание корпусных реакторных сталей: связь механизмов охрупчивания и разрушения с характеристиками зарождения и распространения микротрещин. Часть 2. Характеристики прочности и пластичности // Вопросы материаловедения. – 2024. – № 1 (117). – С. 195–209.

18. Марголин Б. З., Фоменко В. Н., Швецова В. А., Юрченко Е. В. Радиационное и термическое охрупчивание корпусных реакторных сталей: связь механизмов охрупчивания и разрушения с характеристиками зарождения и распространения микротрещин. Часть 3. Моделирование хрупкого разрушения и анализ связи характеристик зарождения и распространения микротрещин с механизмами охрупчивания // Вопросы материаловедения. – 2024. – № 2 (118). – С. 166–186.

19. Бернштейн М. Л., Структура деформированных металлов. – М.: Металлургия. – 1977. – 432 с.

20. Рыбин В. В., Вергазов А. Н. Торможение микротрещины в субзеренной структуре // Физика металлов и металловедение. – 1975. – № 41. – С. 220–223.

21. Нестерова Е. В., Золоторевский Н. Ю., Титовец Ю. Ф., Хлусова Е. И. Наследование разориентаций и модель формирования структуры бейнита в низкоуглеродистых сталях под влиянием деформации аустенита // Вопросы материаловедения. – 2011. – № 4 (68). – C. 17–26.

22. Рыбин В. В. Большие пластические деформации и разрушение материалов. – М.: Металлургия, 1986. – 224 с.

23. Панин В. Е., Гриняев Ю. В., Данилов В. И. Структурные уровни пластической деформации и разрушения. – Новосибирск: Наука, 1990. – 225 с.

24. Takayama N., Miyamoto G., Furuhara T. Effects of transformation temperature on variant pairing of bainitic ferrite in low carbon steel // Acta Materialia. – 2012. – Vol. 60. – Рр. 2387–2396.

25. Зисман А. А., Золоторевский Н. Ю., Петров С. Н., Хлусова Е. И., Яшина Е. А. Панорамный кристаллографический анализ эволюции структуры при отпуске низкоуглеродистой мартенситной стали // МиТОМ. – 2018. – № 3 (753). – С. 10–17.

26. Miyamoto G., Iwata N., Takayama N., Furuhara T. Quantitative analysis of variant selection in ausformed lath martensite // Acta Mater. – 2012. – V. 60. – Р. 1139–1148.

27. Хлусова Е.И., Сыч О.В., Орлов В. В. Хладостойкие стали. Структура, свойства, технологии // Физика металлов и металловедение. – 2021. – Т. 122, № 6. – С. 621–657.

28. Пышминцев И. Ю., Смирнов М. А. Структура и свойства сталей для магистральных трубопроводов // Екатеринбург: Изд-во УМЦ УПИ, 2019. – 242 с.

29. Hu J., Du L. X., Zang M., Yin S. J., Wang Y. G., Qi, X. Y. Gao X. H., Misra R. D. K. On the determining role of acicular ferrite in V–N microalloyed steel in increasing strength-toughness combination // Materials Characterization. – 2016. – V. 118. – P. 446–453.

30. Kaijalainen A., Pallaspuro D., А. Porter S. Tempering of direct quenched low-alloy ultra-highstrength steel, Part I – microstructure // Adv. Mater. Res. – 2014. – N 922. – Р. 316–321.

31. Pallaspuro S., Kaijalainen А., Mehtonen S., Kömi J., Zhang Z., Porter D. Effect of microstructure on the impact toughness transition temperature of direct-quenched steels // Materials Science & Engineering. – 2017. – N 12.

32. Lehto P., Remes H., Saukkonen T., Hänninen H., Romanoff J. Influence of grain size distribution on the Hall-Petch relationship of welded structural steel // Mater. Sci. Eng. A. – 2014. – N 592. – Р. 28–39.

33. Pineau A., Benzerga A., Pardoen T. Over view article failure of metals I–brittle and ductile fracture // Acta Mater. – 2016. – N 107. – Р. 424–483.

34. НД № 2-020101-174. Правила классификации и постройки морских судов. Ч. ХIII: Материалы. – СПб.: Российский морской регистр судоходства, 2023. – 389 с.

35. МВИ № 304-19-10 (ФР.1.31.2010.07296). Определение доли, размера (в диапазоне 5–5000 нм) и углов разориентировки нанофрагментов в материалах, подвергнутых интенсивной пластической деформации, с помощью анализатора картин дифракции обратно отраженных электронов и метода одиночных рефлексов // Методика выполнения измерений. – СПб.: НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей», 2010. – 29 с.

36. Рыбин В. В., Малышевский В. А., Хлусова Е. И. Высокопрочные свариваемые улучшаемые стали. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. – 2016. – 212 с.

37. Byoungchul Hwang, Chang Gil Lee, Sung-Joon Kim. Low-Temperature Toughening Mechanism in Thermo mechanically Processed High-Strength Low-Alloy Steels // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2011. – V. 42A. – Р. 717.

38. Зисман А. А., Петров С. Н., Пташник А. В. Количественная аттестация бейнито-мартенситных структур высокопрочных легированных сталей методами сканирующей электронной микроскопии // Металлург. – 2014. – № 11. – С. 91–95.

39. Kang Jun-Yun, Do Hyun Kim, Sung-Il Baik, Tae-Hong Ahn, Young-Woon Kim, Heung Nam Han, Kyu Hwan Oh, Hu-Chul Lee and Seong Ho Han. Phase analysis of steels by grain averaged EBSD Functions // ISIJ International. – 2011. – V. 51, N 1 – Р. 130–136.

40. Казаков А. А., Киселев Д. В., Сыч О. В., Хлусова Е. И. Методика оценки микроструктурной неоднородности по толщине листового проката из хладостойкой низколегированной стали арктического применения // Черные металлы. – 2020. – № 9. – С. 11–19.

41. Казаков А. А., Киселев Д. В., Сыч О. В., Хлусова Е. И. Количественная оценка структурной неоднородности в листовом прокате из хладостойкой низколегированной стали для интерпретации технологических особенностей его изготовления // Черные металлы. – 2020. – № 11. – С. 4–14.

42. Zisman A.A., Va n Boxel S., Seefeldt M., Van Houtte P. Gradient matrix method to image crystal curvature by processing of EBSD data and trial recognition of low-angle boundaries in IF steel // Materials Science and Engineering-A. – 2008. – V. 474. – P. 165–172.

43. Margolin B. Z., Karzov G. P., Kostylev V. I., Shvetsova V. A. Modelling for transcrystalline and intercrystalline fracture by void nucleation and growth // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. – 1998. – V. 21. – P. 123–137.

44. Марголин Б. З., Сорокин А. А. Прогнозирование влияния нейтронного облучения на характеристики вязкого разрушения аустенитных сталей // Вопросы материаловедения. – 2012. – № 1 (69). – С. 126–147.