Научно-технологические основы создания хладостойких сталей с гарантированным пределом текучести 315–750 МПа для Арктики. Часть 1. Принципы легирования и требования к структуре листового проката

Представлены результаты выбора рационального легирования и микролегирования хладостойких сталей с гарантированным пределом текучести 315–750 МПа на базе установления взаимосвязи фазовых превращений, структуры, механических свойств, характеристик работоспособности и содержания основных легирующих элементов. Разработаны количественные требования к различным параметрам структуры и их максимально допустимых различий по толщине листового проката до 100 мм в зависимости от категории прочности, технологии изготовления (термомеханической обработки с ускоренным охлаждением, закалки с отдельного печного или прокатного нагрева с высокотемпературным отпуском) для получения гарантированных характеристик прочности, хладостойкости (работы удара КV при температуре испытаний –60…–80°С, критических температур вязкохрупкого перехода Ткб и нулевой пластичности NDT) и трещиностойкости по критерию критического раскрытия в вершине трещины CTOD.

1. Горынин И. В., Рыбин В. В., Малышевский В. А., Хлусова Е. И. Принципы легирования, фазовые превращения, структура и свойства хладостойких свариваемых судостроительных сталей// Металловедение и термическая обработка металлов. – 2007. – №1. – С. 9–15.

2. Горынин И. В., Рыбин В. В., Малышевский В. А., Хлусова Е. И. Хладостойкие стали для технических средств освоения арктического шельфа// Вопросы материаловедения. – 2009. – №3 (59). – С. 108–126.

3. Орлов В. В. Принципы управляемого создания структурных элементов наноразмерного масштаба в трубных сталях при значительных пластических деформациях// Вопросы материаловедения. – 2011. – №2 (66). – С. 5–17.

4. Сыч О. В., Хлусова Е. И., Орлов В. В., Круглова А. А. Усовершенствование химического состава и технологических режимов производства штрипса К65–К70 (Х80–Х90) на базе имитационного моделирования// Металлург. – 2013. – №2. – С. 50–58.

5. Коротовская С. В., Орлов В. В., Хлусова Е. И. Управление процессами структурообразования при термомеханической обработке судостроительных и трубных сталей унифицированного химического состава// Металлург. – 2014. – №5. – С. 71–78.

6. Хлусова Е. И., Зисман А. А., Сошина Т. В. Построение и использование карт структурных изменений при горячей деформации аустенита низкоуглеродистой стали 09ХН2МДФ для оптимизации промышленных технологий// Вопросы материаловедения. – 2013. – №1 (73). – С. 37–48.

7. Пазилова У. А., Хлусова Е. И., Князюк Т. В. Влияние режимов горячей пластической деформации при закалке с прокатного нагрева на структуру и свойства экономнолегированной высокопрочной стали// Вопросы материаловедения. – 2017. – №3 (91). – С. 7–19.

8. Гусев М. А., Ильин А. В., Ларионов А. В. Сертификация судостроительных материалов для судов, эксплуатирующихся в условиях Арктики// Судостроение. – 2014. – №5 (816). – С. 39–43.

9. Казаков А. А., Киселев Д. В. Современные методы оценки качества структуры металлов на основе панорамных исследований с помощью анализатора изображений Thixomet // Перспективные материалы: Учебное пособие. Т. 5. – Тольятти: Тольяттинский государственный университет. – 2013. – 421 с.

10. Казаков А. А., Казакова Е. И., Киселев Д. В., Мотовилина Г. Д. Разработка методов оценки микроструктурной неоднородности трубных сталей// Черные металлы. – 2009. – №12. – С. 12–15.

11. Хлусова Е. И., Голосиенко С. А., Мотовилина Г. Д., Пазилова У. А. Влияние легирования на структуру и свойства высокопрочной хладостойкой стали после термической и термомеханической обработки// Вопросы материаловедения. – 2007. – №1(49). – С. 20–31.

12. Голосиенко С. А., Мотовилина Г. Д., Хлусова Е. И. Влияние структуры, сформированной при закалке, на свойства высокопрочной хладостойкой стали после отпуска// Вопросы материаловедения. – 2008. – №1 (53). – С. 33–46.

13. Патент РФ №2465346. Способ производства высокопрочного штрипса для труб магистральных трубопроводов/ Сыч О. В., Хлусова Е. И., Голосиенко С. А., Орлов В. В., Милейковский А. Б., Галкин В. В., Денисов С. В., Стеканов П. А., Малахов Н. В. // Бюл. изобретений. – №30 от 27.10.2012.

14. Патент РФ №2507295. Высокопрочная хладостойкая Arc-сталь// Малышевский В. А., Хлусова Е. И., Голосиенко С. А., Хомякова Н. Ф., Милюц В. Г., Павлова А. Г., Пазилова У. А., Афанасьев С. Ю., Гусев А. А. // Бюл. изобретений. – №5 от 20.02.2014.

15. Патент РФ №2653748. Хладостойкая свариваемая сталь и изделие, выполненное из нее (варианты) // Сыч О. В., Орлов В. В., Хлусова Е. И., Яшина Е. А., Голубева М. В., Яковлева Е. А., Митрофанов А. В., Сычов О. Н., Городецкий В. И. // Бюл. изобретений. – №14 от 14.05.2018.

16. Заявка на патент №2016150730 от 23.12.2016 г. Хладостойкая свариваемая Аrc-сталь повышенной прочности// Сыч О. В., Хлусова Е. И., Голосиенко С. А., Яшина Е. А., Пазилова У. А., Новоскольцев Н. С., Голубева М. В., Беляев В. А., Масанин Н. И., Гусев М. А.

17. 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.

18. Kang J.-Y., Kim D. H., Baik S.-I., Ahn T.-H., Kim Y.-W., Han H. N., Oh K. H., Lee H.-C., Han S. H. Phase analysis of steels by grain-averaged EBSD Functions // ISIJ International. – 2011. – V. 51. – N 1 – Р. 130–136.

19. Ильин А. В., Гусев М. А. Новые методики исследования сопротивления разрушению металла труб для магистральных газопроводов// Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. – 2013. – Вып. 6 (1362). – С. 47–60.

20. Сыч О. В., Гусев М. А., Башаев В. К., Мотовилина Г. Д., Рябов В. В. Хладостойкость высокопрочной легированной стали с пределом текучести500 МПа// Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. – 2014. – Вып. 37. – С. 29–38.

21. Сыч О. В., Круглова А. А., Счастливцев В. М., Табатчикова Т. И., Яковлева И. Л. Влияние ванадия на дисперсионное упрочнение при отпуске высокопрочной трубной стали с различной исходной структурой// Физика металлов и металловедение. – 2016. – Т. 117, №12. – С. 1321–1331.

22. Wilson J. A. Dispersion strengthening in vanadium microalloyed steels processed by simulated thin slab casting and direct charging. Part 2 – Chemical characterisation of dispersion strengthening precipitates // Materials Science and Technology. – 2007. – N 23. – C. 509–518.

23. Голосиенко С. А., Сошина Т. В., Хлусова Е. И. Новые высокопрочные хладостойкие стали для арктического применения// Производство проката. – 2014. – №2. – С. 17–24.

24. Сыч О. В., Орлов В. В., Круглова А. А., Хлусова Е. И. Изменение структуры высокопрочной трубной стали класса прочности K70–K80 при варьировании режимов высокотемпературного отпуска после термомеханической обработки// Вопросы материаловедения. – 2011. – №1 (65). – С. 89–99.

25. Сыч О. В., Голубева М. В., Хлусова Е. И. Разработка хладостойкой свариваемой стали категории прочности 690 МПа для тяжелонагруженной техники, работающей в арктических условиях// Тяжелое машиностроение. – 2018. – №4. – С. 17–25.

26. Одесский П. Д., Смирнов Л. А. О применении ванадия и ниобия в микролегированных сталях для металлических конструкций// Сталь. – 2005. – №6. – С. 116–123.

27. Fernandez A. I., Uranga P., Lopez B., Rodrigues-Ibabe J. M. Dynamic recrystallization behavior covering a wide austenite grain size range in Nb and Nb–Ti microalloyed steels // Materials Science and Engineering. – 2003. – A 361. – P. 367–376.

28. Сошина Т. В., Зисман А. А., Хлусова Е. И. Влияние микролегирования ниобием на рекристаллизационные процессы в аустените низкоуглеродистых легированных сталей// Вопросы материаловедения. – 2013. – №1 (73). – С. 31–36.

29. Настич С. Ю. Влияние морфологии бейнитной составляющей микроструктуры низколегированной стали Х70 на хладостойкость проката больших толщин// Металлург. – 2012. – №3. – С. 62–69.

30. Казаков А. А., Киселев Д. В., Казакова Е. И., Курочкина О. В., Хлусова Е. И., Орлов В. В. Влияние структурной анизотропии в ферритно-бейнитных штрипсовых сталях после термо-механической обработки на уровень их механических свойств// Черные металлы. – 2010. – №6. – С. 7–13.

31. Пышминцев И. Ю., Борякова А. Н., Смирнов М. А., Дементьева Н. В. Свойства низкоуглеродистых сталей, содержащих в структуре бейнит// Металлург. – 2009. – №12. – С. 45–50.

32. Petrov R., Kestens L., Wasilkowska A., Houbaert Y. Microstructure and texture of a lightly deformed TRIP-assisted steel characterized by means of the EBSD technique // Materials Science and Engineering A. – 2007. – V. 447. – P. 285–297.

33. Wright S. I., Nowell M. M., Field D. P. A review of strain analysis using electron backscatter diffraction // Microscopy and Microanalysis. – 2011. – V 17. – Р. 316–329.

34. Рыбин В. В., Малышевский В. А., Семичева Т. Г. Развитие теории вторичного твердения при создании высокопрочных корпусных марок стали// Вопросы материаловедения. – 2005. – №2 (42). – С. 55–68.

35. Mechanisms and modeling of cleavage fracture in simulated heat-affected zone microstructures of a high-strength low alloy steel / A. Lambert-Perlade, A. F. Gourgues, J. Besson et. al. // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2004. – V. 35A. – Р. 1039–1053.

36. Guo Z., Lee C. S., Morris J. W. Jr. On coherent transformations in steel // Acta Mater. – 2004. – V. 52. – Р. 5511–5518.

37. Byounchul H., Chang G. L., Sung-Joon K. Low-temperature toughening mechanism in termomechanically processed high-strength low-alloy steels// Metallurgical and Materials Transactions A. – 2011. – V. 2A. – Р. 717–728.

38. Золоторевский Н. Ю., Зисман А. А., Панпурин С. Н., Титовец Ю. Ф., Голосиенко С. А., Хлусова Е. И. Влияние размера зерна и деформационной субструктуры аустенита на кристаллогеометрические особенности бейнита и мартенсита низкоуглеродистых сталей// МиТОМ. – 2013. – №10 (700). – С. 39–48.

39. Счастливцев В. М., Блинд Л. Б., Родионов Д. П., Яковлева Н. Л. Структура пакета мартенсита в конструкционных сталях// ФММ. – 1988. – Т. 66. – С. 759–769.

40. Morito S., Huang X., Furuhara T., Maki T., Hansen N. The morphology and crystallography of lath martensite in alloy steels // Acta Mater. – 2006. – V. 54. – Р. 5323–5331.

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

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

43. 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.