Введение к работе
Актуальность работы. Аустенитные нержавеющие стали занимают одно из ведущих «ест среди современных конструкционных материалов. Они широко используются в атомной энергетике, криогенной технике и химической промышленности. Основными их недостатками являются низкая прочность в облученном состоянии, связанная с ин-теркристаллитнкм разрушением» и склонность к межкристаллитной коррозии. Это делает актуальным разработку новых научных принципов направленного формирования структуры границ зерен. Идея зер-нограничного "конструирования" была высказана сравнительно недавно и экспериментальное подтверждение получила на небольшом числе простых бинарных и тройных сплавов. Для сложнолегированных сталей выяснение возможности создания поликристаллов с высокой долей низкоэнергетических границ является самостоятельной задачей. Это прежде всего связано с особенностями их структуры. При кристаллизации сложнолегированных сталей обычно формируется дендритная структура. Дендритная кристаллизация сопровождается образованием химической и фазовой неоднородности, которая является устойчивой к воздействию деформации и отжига и наследуется в готовом изделии. Поэтому для сталей рассматриваемого іспасса прежде всего должна быть реиена проблема получение однородной структуры. Для этого необходимы исследования закономерностей формирования структуры кристаллизации и ее наследование при последующей механотер-мической обработке. Лучшим объектом для таких исследований являются монокристаллы. В отличие от литых материалов в них отсутствуют различные по структуре зоны слитка. В то же время в нержавеющих сталях структура слитков часто оказывается целиком столбчатой, и в этом отношении кристаллизация имеет принципиальное сходство с направленной кристаллизацией монокристаллов. Кроме того данные на монокристаллах промышленных материалов представляют самостоятельный интерес в связи с их применением в технике.
Цель работы. На монокристаллах аустенитной нержавеющей стали изучить закономерности наследования структуры кристаллизации, сформировать поликристаллы с высокой долей низкоэнергетических границ зерен и выяснить влияние наследования структуры кристаллизации и типа границ зерен на свойства сталей при одноосном растяжении.
Научная новизна. В работе впервые на монокристаллах сложнолегированных сталей с азотом с различной морфологией . дендритной. структуры исследована химическая и фазовая неоднородность, связанная с дендритной кристаллизацией. Изучено наследование струк-
- і -
туры кристаллизации при механотермической обработке, установлены условия, при которых.возможно получение однородной структуры стали при переделе слитков.
Обнаружена анизотропия пластичности и прочности при температуре испытания Г >/ 623 К в поликристаллах с полосовой структурой, полученной из монокристаллов с ориентацией <100>. Показано, что она связана с изменением механизма разрушения.
Изучен механизм твердорастворного и зернограничного упрочнения азотоы поликристаллов аустенитной нержавеющей стали Х18Н12М2. Установлено, что в интервале температур 77т623 К зависимость предела текучести от концентрации азота описывается уравнением Флей-шера, при этом упрочнение определяется взаимодействием дислокаций с атомами азота и не зависит от содержания легирующих элементов замещения и углерода. Обнаружено, что высокие значения параметра зернограничного упрочнения (ку) в уравнении Холла-Петча б стали без азота связаны с сегрегацией углерода и кислорода на границах зерен. Повышение коэффициента к у при легировании азотом определяется влиянием азота ьа сопротивление движению дислокаций.
Впервые на слошолегированных сплавах созданы поликристаллы с высокой долей (до с 70%) низкоэнергетических границ зерен. Обнаружена зависимость характеристик пластичности и прочности от типа границ зерен. Показано, что упрочнение поликристаллов с преимущественным содержанием низкоэнергетических границ связано с высокой однородностью скольжения, обсуждены физические причины влияния типа границ зерен на упрочнение и локализацию сдвига.
Практическая ценность работы. Установлены условия кристаллизации монокристаллов, соответствующие получению однородной структуры в аустенитных нержавеющих сталях.
Разработан нетрадиционный способ упрочнения сталей путем направленного формирования границ зерен в поликристаллах.
Научные положения, выносимые на защиту.
1. Зависимость характера химической и фазовой неоднороднос
ти от морфологии дендритной структуры кристаллизации монокристал
лов.
2. Наследование структуры кристаллиза_іии при переделе моно -
в'поликристалл. Формирование полосовой структуры при прокатке и
рекристаллизационном отжиге монокристаллов с направлением роста
<100>, характеризующейся разной плотностью частиц вторичных фаз и
разным содержанием примесей в полосах.
3. Анизотропия пластичности и прочности в поликристаллах с
полосовой структурой, полученных из монокристаллов с направлением
роста (100., определяемая изменением микромеханизма разрушения.
-
Закономерности упрочнения азотом поликристаллов аустенит-нэй нержавеющей стали Х18Н12И2 - твердорастворное упрочнение по теории Флейшера; высокие коэффициенты зернограничного упрочнения в стали без азога. обусловленные зернограничной сегрегацией' углерода и кислорода; развитие низкотемпературной интеркристаллитной хрупкости в высокоазотистой стали.
-
"Конструирование" поликристаллов аустенитных нержавеющих сталей с высокой долей низкоэнергетических границ. Влияние типа границ зерен на напряжение течения, пластичность и прочность, анализ механизмов упрочнения, связанных с типом границ.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
-
I Всесоюзной конференции "Высокоазотистые стали".- Киев, 18-20 апреля 1990.
-
Г Всесоюзном школе-семинаре "Структурная и химическая микронеоднородность в материалах".- Киев, 15-20 октября 1990.
-
П Всесоюзном семинаре "Пластическая деформация материалов в условиях внешних энергетических воздействий".- Новокузнецк. 3-7 февраля 1991.
-
V Всесоюзном совещании "Структура и свойства немагнитных сталей". - Свердловск. 11-15 марта 1991.
-
Респубиканской научно-технической конференции "Совершенствование существующих и создание новых ресурсосберегающих технологий и оборудования в машиностроении, сварочном производстве и строительстве".- Могилев. 23-24 октября 1991.
-
П конференции "Высокоазотистые стали".- Киев, 21-23 апреля 1992.
-
ХШ Международной конференции "Физика прочности и пластичности металлов и сплавов".- Самара, 28 июня-2 июля 1992.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ. из них 5 статей и 10 в тезисах конференций. Список опубликованных работ приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 177 страниц. 55 рисунков и 13 таблиц. Список цитируе- мой литературы включает 129 наименований.
