Разработка методов и критериев оценки качества аустенитно-ферритных коррозионностойких сталей с целью совершенствования их состава и технологии производства

Объект исследования: слитки стали Fe-0,02C-0,6Si-1,6Mn-21Cr-6Ni-0,5Mo, Fe-0,02C-0,6Si-1,6Mn-23Cr-6Ni-0,5Mo и Fe-0,02C-0,6Si-1,6Mn-26Cr-6Ni-0,5Mo, полученные в лабораторных условиях ФГАОУ ВО «СПбПУ», и слитки стали марки EN 1.4469 и Fe-0,02C-0,6Si-1,6Mn-24Cr-6Ni-4Mo-0,2N-3Cu-0,35Nb, полученные в промышленных условиях Цель работы: разработка методик прогнозирования фазового состава для оптимизации существующих и разработки новых химических составов для обеспечения заданного комплекса свойств литых дуплексных коррозионностойких сталей Решена актуальная научно-техническая задача: • Разработана методика прогнозирования фазового состава ДС на основе термодинамического моделирования, включая выбор базы термодинамических данных, наиболее полно и точно описывающей изучаемую систему; • Разработана методика количественной оценки фазовых и структурных составляющих в дуплексных сталях с использованием автоматического анализатора изображений, включающую методику селективного травления; • Проведено исследование химической и структурной неоднородности отливок из дуплексных сталей разных групп в рамках рассматриваемых сечений. Исследовано распределение химических элементов между фазами, включая карбонитриды; • Построены диаграммы фазовых равновесий в изучаемых системах, охватывающих химические составы известных коммерческих марок ДС, определены критические температуры, описывающие поведение аустенита, феррита и вторичных фаз, и разработаны регрессионные уравнения, описывающие критические температуры в зависимости от химического состава стали; • Исследована взаимосвязь коррозионной стойкости, оцененной с помощью потенциала питтингообразования и скорости щелевой коррозии, а также пределов прочности и текучести от химического и фазового состава литых ДС разных групп; • Разработана методика оптимизации химического состава ДС для обеспечения заданных требований к свойствам с учетом конкретного технологического оборудования с последующей выработкой технологических рекомендаций; • Оценено влияние скорости охлаждения при закалке ДС на формирование σ-фазы в изучаемых ДС. Разработана конечно-элементная модель охлаждения заготовок ДС разного сечения для прогнозирования распределения σ-фазы по сечению и определить критическую скорость охлаждения для исключения ее образования; • Предложенные технологические рекомендации для литых ДС опробованы в условиях действующего производства. Практические результаты: 1. Разработана оптимизационная модель для прогнозирования химического состава ДС и режима термической обработки, учитывающая критические температуры фазовых равновесий ДС и возможные отклонения от этих точек, в зависимости от требований к фазовому составу, коррозионным и механическим свойствам, с учетом особенностей технологического оборудования; 2. Показаны примеры использования разработанной методики оптимизации для существующих марок ДС. Установлено, что в действующей нормативной документации приведены марки, для которых невозможно выполнить оптимизацию химического состава, что делает их производство трудновыполнимым; 3. Оптимизирован состав марки EN 1.4469 (26Cr-7Ni-4Mo-N) и предложен режим ее термической обработки, позволяющий достичь требуемых коррозионных свойств и снижения себестоимости; 4. Разработана методика количественной оценки фазового состава ДС, основанная на селективном травлении реактивом Берахи и последующем автоматическом анализе получаемых изображений. Методика позволяет значительно повысить точность измерений по сравнению с другими методами; 5. Построены номограммы, позволяющие определить количество σ-фазы в обрабатываемой заготовке в зависимости от ее сечения; 6. Практическая значимость подтверждается актом внедрения результатов диссертации в условиях действующего производства ОАО «Новомосковский машиностроительный завод» (Приложение А).