Программы, проекты

Разработка нового поколения многофазных наноструктурированных автолистовых сталей с аустенитной матрицей, обеспечивающих повышенный уровень эксплуатационных свойств при общем снижении удельных затрат


Резюме проекта, полученные результаты: Загрузить / Загрузить

Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.578.21.0069

Руководитель: д.ф-м.н., А.Н. Беляков

Приоритетное направление: Индустрия наносистем

Критическая технология: Технология получения и обработки конструкционных материалов

Период выполнения: 23.10.2014- 31.12.2015

Плановое финансирование проекта: 50,05 млн. руб., из них:

  • Бюджетные средства 34,250 млн. руб.,
  • Внебюджетные средства 15,8 млн. руб.

Исполнитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

Индустриальный партнер: ООО «ДетальКомплект», Россия

Ключевые слова: перспективные конструкционные материалы, термомеханическая обработка, наноструктура, TWIP-эффект, TRIP-эффект, аустенитные стали, механические свойства, мартенсит деформации.

Основные результаты 1 этапа:

  • обоснованы и разработаны методы получения нового поколения многофазных наноструктурированных автолистовых сталей;
  • разработан оригинальный комплексный подход к созданию многофазных наноструктурированных автолистовых сталей;
  • разработаны и обоснованы требования к химическому, фазовому составам, структурному состоянию, структурной и химической однородности металла, типу, количеству, размеру и морфологии, неметаллических включений, выделений избыточных фаз, структурных составляющих, содержанию и формам присутствия примесей, обеспечивающих наиболее высокий и стабильный комплекс технологических, служебных свойств разрабатываемых сталей;
  • проведены теоретические исследования процессов и превращений, происходящих на всех этапах обработки нового поколения прогрессивных многофазных наноструктурированных автолистовых сталей;
  • разработаны физико-химические методы прогнозирования неметаллических включений.

Основные результаты 2 этапа:

  • Разработаны оригинальные принципы управления шлаковым режимом при отливке многофазных наноструктурированных автолистовых сталей. Были рассмотрены основные промышленные методы выплавки сталей, после чего оптимальным методом была выбрана индукционная плавка с последующим электрошлаковым переплавом. В качестве принципов управления шлаковым режимом при электрошлаковом переплаве было выбрано изменение геометрических параметров электрода, скорость его подвода в шлаковую ванну, а также изменение параметров электрической цепи: силы тока, напряжения и мощности, подводимой к шлаковой ванне.
  • Разработаны Программа и методики экспериментальных исследований образцов многофазных наноструктурированных автолистовых сталей согласно п. 3.10 ТЗ. Разработаны Программа и методики экспериментальных исследований образцов многофазных наноструктурированных автолистовых сталей регламентируют испытания и исследования химического состава, фазовых и структурных составляющих, механические испытания на растяжение и усталостную долговечность, а также испытания на стойкость против коррозии и способности к раздаче отверстия. Определены общие положения испытаний, общие требования к условиям, обеспечению и проведению испытаний, требования безопасности, режимы и методики испытаний. Составлена программа испытаний.
  • Разработана методика определения энергий дефекта упаковки многофазных наноструктурированных автолистовых сталей. Определены общие положения испытаний, общие требования к условиям, обеспечению и проведению испытаний, требования безопасности, режимы и методики испытаний. Составлена программа испытаний. В документе определены виды отчетности о проведенных испытаниях. Приведен перечень средств проведения испытаний, а также типовой протокол испытаний. Методика определения энергий дефекта упаковки многофазных наноструктурированных автолистовых сталей разработана с учетом последних достижений в области материаловедения и методов рентгеноструктурного анализа.
  • Проведены эксперименальные плавки и обработки (гомогенизационные отжиги) многофазных наноструктурированных автолистовых сталей.
  • Проведены комплексные исследования экспериментальных плавок разрабатываемых сталей после литья и обработки (гомогенизационного отжига) согласно п. 3.13 ТЗ. были проведены комплексные исследования химического состава, фазового состава, структурного состояния, выделений избыточных фаз, наноструктурной составляющей, неметаллических включений, форм присутствия примесей в экспериментальных плавках после литья и обработки (гомогенизационного отжига). Проведенные по предварительным режимам плавки и обработки многофазных наноструктурированных автолистовых сталей показали неплохие результаты, однако, часть полученных образцов не соответствовало заданным условиям.
  • Установлены оптимальные значения технологических параметров при выплавке и обработке (гомогенизационном отжиге) многофазных наноструктурированных автолистовых сталей. Установленные оптимальные значения технологических параметров при выплавке и обработке (гомогенизационном отжиге) многофазных наноструктурированных автолистовых сталей представляют собой следующий набор параметров: режим электрошлакового переплава: ток промышленной частоты 50 Гц, сила тока 2,5 кА; напряжение 40 В и средняя мощность, подводимая к шлаковой ванне, для электрода диаметром Ø 60-62 мм на уровне 100 кВт с последующим снижением после оплавления 70% электрода, средняя скорость наплавления слитка 0,6-0,9 кг/мин. После электрошлакового переплава гомогенизационный отжиг при температуре 1150 оС в течение 1 часа.
  • Разработан Лабораторный технологический регламент на выплавку и обработку (гомогенизационный отжиг) многофазных наноструктурированных автолистовых сталей. Лабораторный технологический регламент определяет основные характеристики продукции, получаемой по установленным оптимальным значениям технологических параметров и позволяет получить экспериментальные образцы многофазных наноструктурированных автолистовых сталей после выплавки и обработки (гомогенизационного отжига).
  • Получены экспериментальные образцы после выплавки и обработки (гомогенизационного отжига) многофазных наноструктурированных автолистовых сталей аустенитного класса, отличающиеся химическим составом.
  • Определены химические составы и количества фазовых и структурных составляющих в экспериментальных образцах разрабатываемых сталей после литья и обработки (гомогенизационного отжига) в соответствии с разработанными Программой и методиками экспериментальных исследований, указанными в пункте 3.10 ТЗ. Экспериментальные образцы многофазных наноструктурированных автолистовых сталей, изготовленные согласно Лабораторному технологическому регламенту на выплавку и обработку (гомогенизационный отжиг), соответствуют всем предъявляемым требованиям.
  • Определены энергии дефекта упаковки многофазных наноструктурированных автолистовых сталей после литья и обработки (гомогенизационного отжига). Энергии дефекта упаковки экспериментальных образцоа многофазных наноструктурированных автолистовых сталей после литья и обработки (гомогенизационного отжига) составили 10±0,5, 20±1 и 20±1 мДж/м2 для сталей Fe-18Mn-0.3C, Fe-18Mn-0.6C и Fe-10Mn-0.6C-1.5Al, соответственно.

Основные результаты 3 этапа:

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от «23» октября 2014 г. № 14.578.21.0069 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 3 в период с 01 июля по 31 декабря 2015 г. выполняли следующие работы:

  • Проведение экспериментальных термомеханических обработок многофазных наноструктурированных автолистовых сталей
  • Проведение комплексных исследований разрабатываемых сталей после термомеханической обработки согласно пункту 3.20 ТЗ
  • Установление оптимальных значений технологических параметров при термомеханической обработке многофазных наноструктурированных автолистовых сталей
  • Разработка Лабораторного технологического регламента на термомеханическую обработку многофазных наноструктурированных автолистовых сталей
  • Получение экспериментальных образцов горячекатаного листового проката многофазных наноструктурированных автолистовых сталей
  • Проведение экспериментов с экспериментальными горячекатаными образцами разрабатываемых сплавов в соответствии с разработанной Программой и методиками экспериментальных исследований, указанными в пункте 3.10 ТЗ, кроме исследования химического состава
  • Анализ деформационного упрочнения при растяжении и испытаниях на многоцикловую усталость экспериментальных горячекатаных образцов разрабатываемых сталей
  • Анализ структурных изменений в экспериментальных горячекатаных образцах многофазных наноструктурированных автолистовых сталях после усталостных испытаний
  • Исследование фрактографии и распространения трещин в экспериментальных горячекатаных образцах многофазных наноструктурированных автолистовых сталях при циклическом нагружении
  • Разработка методики механических испытаний образцов многофазных наноструктурированных автолистовых сталей на микротвердость
  • Разработка методики исследования кинетики статической рекристаллизации многофазных наноструктурированных автолистовых сталей при термической обработке

При этом были получены следующие результаты:

1) Краткое описание основных полученных результатов (основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности)

Проведены комплексные исследования разрабатываемых сталей после термомеханической обработки. Установлены оптимальные значения технологических параметров при термомеханической обработке многофазных наноструктурированных автолистовых сталей. Разработан Лабораторного технологического регламента на термомеханическую обработку многофазных наноструктурированных автолистовых сталей. Получены экспериментальные образцы горячекатаного листового проката многофазных наноструктурированных автолистовых сталей. Исследованы экспериментальные образцы горячекатаного листового проката многофазных наноструктурированных автолистовых сталей в соответствии с разработанной Программой и методиками экспериментальных исследований. Получены зависимости структурных изменений в экспериментальных горячекатаных образцах многофазных наноструктурированных автолистовых сталях после усталостных испытаний. Оценена фактография в экспериментальных горячекатаных образцах многофазных наноструктурированных автолистовых сталях при циклическом нагружении. Разработана методика механических испытаний образцов многофазных наноструктурированных автолистовых сталей на микротвердость. Разработана методика исследования кинетики статической рекристаллизации многофазных наноструктурированных автолистовых сталей при термической обработке.

2) Основные характеристики полученных результатов (в целом и/или отдельных элементов), созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции.

Получены экспериментальные образцы горячекатаного листового проката многофазных наноструктурированных автолистовых сталей. с требуемыми значениями механических и коррозионных свойств. Разработанная методика механических испытаний образцов многофазных наноструктурированных автолистовых сталей на микротвердость позволяет оценивать механические свойства, а именно микротвердость по Виккерсу. Разработанная методика исследования кинетики статической рекристаллизации многофазных наноструктурированных автолистовых сталей при термической обработке, дает возможность оценить рекристаллизационное поведение многофазных наноструктурированных автолистовых сталей при термической обработке.

3) Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявших методик и решений.

Разработанные методики и принципы управления процессами позволяют получить экспериментальные образцы многофазных наноструктурированных автолистовых сталей после выплавки и обработки химического состава повышенной чистоты, что позволяет достигнуть мирового уровня в данной области.

4) Подтверждение соответствия полученных результатов требованиям к выполняемому проекту.

Полученные результаты соответствуют требованиям Технического задания.

5) Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.

Полученные результаты имеют уровень, сопоставимый с мировым.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.