Введение к работе
Актуальность проблемы.
Применение высокоазотистых сплавов, в которых азот используют в качестве легирующего элемента, представляет собой сравнительно новое направление в металловедении. Азот - недефицитный элемент, а если не использовать высокие сверх равновесные концентрации, то азотсодержащие стали можно выплавлять обычным способом в электропечах без высокого давления. Азотсодержащие стали - это, как правило, легированные и высоколегированные стали, обычно с повышенным содержанием хрома и других нитридообразующих элементов. Для таких сталей эффективно применение термомеханической обработки.
При выборе термомеханической обработки необходимо учитывать высокое
деформационное упрочнение сталей с азотом и действие азота по торможению
рекристаллизации, в некоторых случаях может оказаться предпочтительным прохождение динамической рекристаллизации. Важным является исследование холодной и горячей
і деформации литых азотсодержащих сталей, при которой можно сохранить дендритную
структуру и получить естественный слоистый композит и таким образом регулировать анизотропию свойств. Также важным представляется исследовать эффективность влияния азота на термомеханическое упрочнение различных классов сталей и выявить классы сталей или систему легирования, где наиболее благоприятно упрочнение при сохранении других высоких механических и эксплуатационных свойств.
Чаще в цикле термомеханической обработки, в том числе азотсодержащих сталей, применяется традиционно продольная прокатка, которая не устраняет химической ликвации и неоднородности литой структуры, поэтому актуальна другая схема деформации, при которой устраняется осевая неоднородность и создается более благоприятная текстура, способствующая получению более высоких показателей конструкционной прочности, а также и вязкости длинномерных изделий, особенно работающих в условиях одноосного нагружения.
Экономичность применения азотсодержащих сталей будет возрастать вследствие роста затрат на экологию, стоимости и дефицитности легирующих элементов, требований экономии энергии в производстве и снижении металлоемкости. Отсутствие справочных данных по горячей деформации и структурным процессам при термической и термомеханической обработках во многом сдерживает применение этих сталей. Анализ сталей различных классов и систем легирования позволил бы дать более широкое представление о влиянии азота на структуру и свойства после различных схем
3 і
термомеханической обработки (ТМО), выделить оптимальную схему обработки для получения высокого комплекса механических свойств.
Цель и задачи исследования.
Целью настоящей работы было изучить сопротивление и структурные процессы горячей деформации, структуру и свойства азотсодержащих сталей промышленной и лабораторной выплавки в обычных печах после различных схем термомеханической обработки; оценить эффективность термомеханического упрочнения азотсодержащих сталей различных структурных классов.
Задачами исследования являлись:
1. Получение диаграмм горячей деформации сжатием; исследование влияния
легированности, степени, скорости, температуры деформации и рекристаллизации на
сопротивление металла деформации при горячем сжатии.
2. Исследование эволюции литой структуры азотсодержащих сталей в ходе холодной
и горячей деформации.
3. Исследование структурных процессов, изменения фазового состава, текстуры,
механических свойств сталей при термической и термомеханической обработках с
использованием различных схем горячей деформации.
4. Исследование влияния азота на коррозионную стойкость аустенитных и
аустенитно-мартенситных сталей и некоторые технологические свойства.
Научная новизна и практическая ценность работы.
Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:
Получены диаграммы горячей деформации сжатием для большого числа промышленных азотсодержащих сталей различного состава и назначения в интервале температур закалки 1020-1200 С и скоростей деформации ё = 0,1-10 с"1.
Показано, что параметры диаграмм деформации сложным образом зависят от субструктурного упрочнения аустенита, фазового состава, температуры и скорости испытания, выделения карбонитридов при деформационном старении.
Показано, что применение радиально-сдвиговой прокатки в цикле ВТМО более благоприятно, чем применение продольной прокатки, для получения больших величин прочности и, особенно, пластичности высокопрочных сталей, работающих в условиях одноосного растяжения.
Практическая ценность работы заключается в разработке режимов термомеханического упрочнения азотсодержащих сталей разных структурных классов и в разработке рекомендаций по её проведению, а также в конкретных рекомендациях по получению естественного слоистого композита при деформации некоторых литых
азотсодержащих сталей; в построении диаграмм конструкционной прочности термомеханически упрочнённых азотсодержащих и аналогичных безазотистых сталей различных структурных классов и назначения; в уточнении концентрационных коэффициентов дилатации кристаллической решетки при растворении азота в аустените для сталей различных систем легирования. Практическая ценность работы подтверждена Актами об использовании результатов диссертационной работы предприятиями: ОАО «НАЗ «Сокол» и ОАО «КУЛЗ».
Основные положения, выносимые на защиту:
- Установленные закономерности упрочнения и структурных изменений в ходе
горячей деформации сжатием в зависимости от легированности, степени, скорости и
температуры деформации.
- Результаты изучения эволюции литой структуры высоколегированных аустенитных
азотсодержащих сталей в ходе холодной и горячей деформации.
Установленные закономерности процессов структурообразования и упрочнения горячедеформированных сталей в зависимости от режима термомеханической обработки и легированности стали.
Разработанные рекомендации по выбору состава и рациональных режимов термической и термомеханической обработки азотсодержащих сталей для достижения высокого комплекса механических и эксплуатационных свойств, в частности для коррозионностойких и теплостойких сталей с равновесным содержанием азота.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
-Научно-технический семинар «Бернштейновские чтения по термомеханической обработке металлических материалов», МИСиС (Москва, 2001 г.);
-XL Международный семинар «Актуальные проблемы прочности», НГУ (Великий Новгород, 2002 г.);
9 International Conference on Metal Forming "Metal Forming 2002", The University of Birmingham (Birmingham, UK, September 9-11, 2002);
XV Международная конференция «Физика прочности и пластичности материалов», ТГУ (Тольятти, 2003 г.);
Int. Conf. on Processing & Manufacturing of Advanced Material "THERMEC'2003" (Leganes, Madrid, July 7-11, 2003);
- 2-я Евразийская научно-практическая конференция «Прочность неоднородных
структур» ПРОСТ-2004, МИСиС (Москва, 2004 г.);
Международная конференция «Строительство, материаловедение, машиностроение «Стародубовские чтения-2004», (Днепропетровск, Украина, 2004 г.);
Int. Conf. on Recrystallization and Grain Growth, ReX & GG2, SF2M, (Annecy, France, 30th August - 3rd September, 2004).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 12 работ, перечень которых приведён в конце реферата.
Структура и объём работы.
Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, выводов, списка литературы из 128 наименований. Диссертация изложена на 1т 7 страницах, содержит -fS рисунка, *^~ таблиц и приложение.
