Структура и свойства ультрамелкозернистой мартенситной стали

Цель: разработка научных принципов формирования ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры в мартенситных сталях со средним размером зерен менее 1 мкм, получение опытной партии УМЗ-мартенситной стали, демонстрирующей повышенный на 25% предел прочности и на 15% - предел выносливости. На основе результатов физического моделирования процесса интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) разработаны режимы равноканального углового прессования (РКУП), позволяющие получать объемные заготовки из сталей мартенситного класса с УМЗ-струкурой. Используя метод ИПДК стали Grade 91, удалось увеличить микротвердость в сравнении с сходным мартенситным состоянием в 2 раза - до 8,4 ГПа. Такая микротвердость достигнута за счет локализации пластической деформации внутри мартенситных пластин, ведущей к формированию структурных элементов размером 100 - 200 нм. После ИПДК стали Grade 91 в исходном ферритном состоянии также произошло повышение микротвердости, но преимущественно за счет зернограничного упрочнения. Микротвердость при этом возросла до 6,4 ГПа. Повышение температуры ИПДК обработки до 300°С привело к активизации процессов диффузии углерода, что сопровождалось процессами возврата и значительного снижения плотности дислокаций. Методом ИПДК получена УМЗ-микроструктура в мартенситной стали ЭИ-961Ш. В процессе деформации наблюдалось значительное уменьшение объемной доли вторичных фаз с 19% в отпущенном состоянии до 3,6 - 4,5% в деформированном состоянии. При повышении температуры деформации от комнатной до 300°С размеры зерен увеличиваются с 140 до 200 нм. При этом увеличиваются размеры частиц и уменьшается объемная доля вторичных фаз. Установлено, что микротвердость стали ЭИ-961Ш в результате формирования УМЗ-структуры возрастает с 3200 до 6700 МПа. Сформированная УМЗ-структура является термически стабильной, повышенные значения микротвердости сохраняются до 650°С. Оценка вкладов различных механизмов упрочнения в прочностные характеристики стали показала, что зернограничное упрочнение обеспечивает только около 50% прочности. Только совокупность действия различных механизмов упрочнения сложной УМЗ-структуры, полученной методом ИПДК, дает возможность получения сверхпрочных сталей. Физическое моделирование методом ИПДК позволило подобрать оптимальные режимы РКУП-обработки для изготовления целостных объемных заготовок из мартенситных сталей ЭИ-961Ш и Grade 91 с УМЗ-структурой.