Научное обоснование возможности использования нержавеющих безникелевых аустенитных сталей в условиях эксплуатации в Сибири, Крайнем Севере и Арктическом регионе

Проведено исследование влияния структурно-фазового состояния на механические свойства, характер разрушения и трещиностойкость высокоазотистых безникелевых сталей в диапазоне температур от комнатной до 80°С и ниже. В ходе выполнения проекта получены следующие важные результаты: Разработано устройство для испытаний 3-точечным изгибом на универсальной испытательной машине INSTRON 5582 (USA) образцов при отрицательных температурах. На основе численных расчетов методами конечных элементов в системе ANSYS получено универсальное уравнение для расчёта удельной энергии разрушения по данным испытаний образцов трехточечным изгибом, позволяющее определять трещиностойкость материала без предварительного нанесения усталостной трещины на образец. Показано, что от +24 до -195°С критический коэффициент интенсивности напряжения литой стали 60Х24АГ16 равен KIc ≈ 20.00 МПа•м1/2. В данной стали обнаружена стадия неупругой деформации, которая определяется не дислокационной пластической деформацией, а механизмом γ→αʹ превращения. Разработан новый метод определения зависимости характеристик деформационного упрочнения от степени деформации по данным экспериментальных диаграмм нагружения. Исследованы механические свойства Cr-Mn-N стали после термообработки при испытаниях на растяжение и ударный изгиб в диапазоне температур от +20 до -196°C. 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. Наряду с двойникованием при низкотемпературном деформировании равноправными механизмами деформации являются мартенситные превращения:  и мартенсит с орторомбической решеткой. Орторомбический мартенсит в высокоазотистых сталях обнаружен впервые при выполнении настоящего проекта.