Влияние температуры пластической деформации на микроструктуру и механические свойства аустенитной стали ЭК-164

  • Аккузин Сергей Александрович Национальный исследовательский Томский государственный университет, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук https://orcid.org/0000-0002-2078-4194
  • Литовченко Игорь Юрьевич Национальный исследовательский Томский государственный университет, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук https://orcid.org/0000-0002-5892-3719
Ключевые слова: аустенитная сталь, сталь ЭК-164, прокатка, холодная деформация, низкотемпературная деформация, теплая деформация, полосы локализации деформации, механическое двойникование

Аннотация

Хромоникелевая аустенитная сталь ЭК-164 обладает хорошей пластичностью, коррозионной стойкостью и эффективным сопротивлением радиационному распуханию по сравнению с другими сталями такого класса. В настоящее время сталь ЭК-164 применяется в качестве одного из основных материалов для изготовления оболочек тепловыделяющих элементов реакторов. Для строительства новых реакторов на быстрых нейтронах требуется усовершенствование (повышение прочности) существующих конструкционных материалов ядерной энергетики. В работе исследовано влияние температуры пластической деформации на особенности микроструктуры и механические свойства аустенитной стали ЭК-164. Предложен способ модификации микроструктуры и механических свойств аустенитной стали с использованием пластической деформации при различных температурах. Определены особенности микроструктуры и механизмы деформации, обеспечивающие повышение прочностных свойств стали в условиях прокатки. Показано, что в процессе холодной деформации ε≈30 % в микроструктуре стали развивается механическое двойникование (преимущественно по двум системам). В местах пересечения микродвойников не обнаружено образование мартенситных фаз, что свидетельствует о стабильности аустенита по отношению к фазовым превращениям в процессе деформации указанной стали. Низкотемпературная деформация с предварительным охлаждением в жидком азоте ε≈50 % приводит к более интенсивному двойникованию (двойники по нескольким системам) и способствует развитию локализации деформации в микродвойниковой структуре. При этом локализация деформации развивается преимущественно в местах с высокой плотностью микродвойников. В процессе теплой деформации при 600 °C, ε≈60 % исходные аустенитные зерна фрагментируются с образованием субмирокристаллических пластин искривленной формы, имеющих как малоугловые, так и высокоугловые границы разориентации. Полученные в результате пластической деформации структурные состояния обеспечивают значительное (≈2–5 раз) повышение прочностных свойств стали.

Биографии авторов

Аккузин Сергей Александрович, Национальный исследовательский Томский государственный университет, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук

аспирант, младший научный сотрудник

Литовченко Игорь Юрьевич, Национальный исследовательский Томский государственный университет, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук

кандидат физико-математических наук, доцент, старший научный сотрудник

Литература

Sabirov I., Enikeev N.A., Murashkin M.Yu., Valiev R.Z. Bulk nanostructured materials with multifunctional properties. Luxembourg: Springer, 2015. 118 p.

Krawczynska A.T., Suchecki P., Adamczyk-Cieslak B., Romelczyk-Baishya B., Lewandowska M. Influence of high hydrostatic pressure annealing on the recrystallization of nanostructured austenitic stainless steel // Materials Science and Engineering A. 2019. Vol. 767. P. 138381.

Dobatkin S.V., Rybalchenko O.V., Enikeev N.A., Tokar A.A., Abramova M.M. Formation of fully austenitic ultrafine-grained high strength state in metastable Cr–Ni–Ti stainless steel by severe plastic deformation // Materials Letters. 2016. Vol. 166. P. 276–279.

Odnobokova M., Belyakov A., Kaibyshev R. Grain refinement and strengthening of austenitic stainless steels during large strain cold rolling // Philosophical Magazine. 2019. Vol. 99. P. 531–556.

Shen Y.F., Jia N., Wang Y.D., Sun X., Zuo L., Raabe D. Suppression of twinning and phase transformation in an ultrafine grained 2 GPa strong metastable austenitic steel: Experiment and simulation // Acta Materialia. 2015. Vol. 97. P. 305–315.

Майер Г.Г., Астафурова Е.Г., Мельников Е.В., Смирнов А.И., Батаев В.А., Найденкин Е.В., Одесский П.Д., Добаткин С.В. Эволюция зеренно-субзеренной структуры и карбидной подсистемы при отжигах малоуглеродистой низколегированной стали, подвергнутой кручению под высоким давлением // Физика металлов и металловедение. 2016. Т. 117. № 11. С. 1140–1150.

Литовченко И.Ю., Тюменцев А.Н., Аккузин С.А., Найден Е.П., Корзников А.В. Особенности мартенситных превращений и эволюция дефектной микроструктуры метастабильной аустенитной стали в процессе интенсивной пластической деформации кручением под давлением // Физика металлов и металловедение. 2016. Т. 117. № 8. С. 875–884.

Levina A.V., Mal’tseva L.A., Arkhangel’skaya A.A., Loginov Yu.N., Ozerets N.N., Mal’tseva T.V. Effect of shear deformation at high pressure on austenitic-ferritic steel 03Kh13N10K5M2Yu2T structure and properties // Metal Science and Heat Treatment. 2015. Vol. 57. № 5-6. P. 320–328.

Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. М.: Металлургия, 1986. 224 с.

Misra R.D.K., Zhang Z., Venkatasurya P.K.C., Somani M.C., Karjalainen L.P. Martensite shear phase reversion-induced nanograined/ultrafine-grained Fe–16Cr–10Ni alloy: The effect of interstitial alloying elements and degree of austenite stability on phase reversion // Materials Science and Engineering A. 2010. Vol. 527. P. 7779–7792.

Li J., Cao Y., Gao B., Li Y., Zhu Y. Superior strength and ductility of 316L stainless steel with heterogeneous lamella structure // Journal of Materials Science. 2018. Vol. 53. P. 10442–10456.

Gong N., Wu H., Niu G., Cao J., Zhang D., Tana. Effect of martensitic transformation on nano/ultrafine-grained structure in 304 austenitic stainless steel // Journal of Iron and Steel Research International. 2017. Vol. 24. № 12. P. 1231–1237.

Rajasekhara S., Karjalainen L.P., Kyröläinen A., Ferreira P.J. Microstructure evolution in nano/submicron grained AISI 301LN stainless steel // Materials Science and Engineering A. 2010. Vol. 527. № 7-8. P. 1986–1996.

Ravi Kumar B., Sharma S., Kashyap B.P., Prabhu N. Ultrafine grained microstructure tailoring in austenitic stainless steel // Materials and Design. 2015. Vol. 68. P. 63–71.

Аккузин С.А., Литовченко И.Ю., Тюменцев А.Н., Чернов В.М. Микроструктура и механические свойства аустенитной стали ЭК-164 после термомеханических обработок // Известия высших учебных заведений. Физика. 2019. Т. 62. № 4. С. 125–130.

Дитенберг И.А., Тюменцев А.Н., Смирнов И.В., Гриняев К.В., Чернов В.М. Термическая стабильность наноструктурных состояний во внутренне окисленном ванадиевом сплаве с совместным дисперсным и субструктурным упрочнением // Физическая мезомеханика. 2018. Т. 21. № 4. С. 70–78.

Портных И.А., Козлов А.В., Панченко В.Л., Митрофанова Н.М. Характеристики радиационной пористости, сформировавшейся при облучении в реакторе БН-600 в материале оболочек из стали ЭК164 (06Х16Н20М2Г2БТФР)-ИД Х.Д. // Физика металлов и металловедение. 2012. Т. 113. № 5. С. 549–560.

Литовченко И.Ю., Аккузин С.А., Полехина Н.А., Тюменцев А.Н., Найден Е.П. Особенности микроструктуры и механические свойства метастабильной аустенитной стали после низкотемпературной и последующей теплой деформации // Известия высших учебных заведений. Физика. 2016. Т. 59. № 6. С. 25–29.

Wang T.S., Peng J.G., Gao Y.W., Zhang F.C., Jing T.F. Microstructure of 1Cr18Ni9Ti stainless steel by cryogenic compression deformation and annealing // Materials Science and Engineering A. 2005. Vol. 407. № 1-2. P. 84–88.

Литовченко И.Ю., Тюменцев А.Н., Шевченко Н.В., Корзников А.В. Эволюция структурно-фазовых состояний при больших пластических деформациях аустенитной стали 17Cr–14Ni–2Mo // Физика металлов и металловедение. 2011. Т. 112. № 4. С. 436–448.

Опубликован
2020-06-27
Выпуск
Раздел
Технические науки