Экспериментальное исследование низкотемпературных свойств и структуры нержавеющих безникелевых аустенитных сталей

Объектом исследования являются безникелевые аустенитные высокоазотистые нержавеющие стали 07Х16-20АГ19-22, содержащие менее 0.1%С и более 0.5%N, ванадийсодержащие аустенитные стали 08Х23А0.7Г19Ф и Х17А(0.59)Г18Ф. Целью проекта является исследование влияния фазовых превращений на механические свойства, характер разрушения и трещиностойкость сталей в диапазоне температур от комнатной до 70°С и ниже. В ходе выполнения проекта в 2022 году получены следующие важные результаты: Получено универсальное уравнение для расчёта удельной энергии разрушения G (УЭР) на основе численных расчетов методами конечных элементов в системе ANSYS по данным испытаний квадратной балки трехточечным изгибом, расположенной ребром на опорах. Определен критический коэффициент интенсивности напряжения равен KIc = 21.8 МПа•м1/2 литой стали 60Х24АГ16. В данной стали обнаружена протяженная стадия неупругой деформации, которая определяется не дислокационной пластической деформацией, а механизмом γ→αʹ превращения. Несмотря на продолжительную стадию неупругой деформации, разрушение образцов совершается хрупко. Исследованы механические свойства Cr-Mn-N стали после термообработки при испытаниях на растяжение и ударный изгиб в диапазоне температур от +20 до -196°C. До 80°C сталь проявляет высокую пластичность (до 30%) за счет γ→ε превращения. При 196°C происходит хрупкое трансгранулярное разрушение. Однако в опытах на ударный изгиб сталь разрушается хрупко интеркристаллитно, без признаков γ→ε превращения. Исследована микроструктура образцов из Cr–Mn–N стали, после ультразвуковой ковки (УЗК) поверхности. УЗК увеличивает предел текучести, не влияя на предел прочности в диапазоне от +20 до 80°C. С понижением температуры испытания прочность стали монотонно растет. Разрушение образца всегда начинается с поверхностного слоя. Упрочнение поверхностного слоя сопровождается уменьшением параметра решетки аустенита. УЗК подавляет γ→ε превращение и способствует изменению микромеханизма разрушения с хрупкого на вязкий.