О некоторых возможных путях влияния на фазовый состав, структуру и свойства аустенитных сталей
Исследовано влияние микролегирования, различных схем температурно-силового воздействия на прямое
 γ→α и обратное α→ γ мартенситное превращение и процессы структурообразования в аустенитных сталях. Досліджено вплив мікролегірування, різних схем температурно-потужного впливу на пряме γ→α та зв...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2005 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2005
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80607 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | О некоторых возможных путях влияния на фазовый состав, структуру и свойства аустенитных сталей / И.М. Неклюдов, В.М. Нетесов // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 5. — С. 164-167. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860168253980016640 |
|---|---|
| author | Неклюдов, И.М. Нетесов, В.М. |
| author_facet | Неклюдов, И.М. Нетесов, В.М. |
| citation_txt | О некоторых возможных путях влияния на фазовый состав, структуру и свойства аустенитных сталей / И.М. Неклюдов, В.М. Нетесов // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 5. — С. 164-167. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Исследовано влияние микролегирования, различных схем температурно-силового воздействия на прямое
γ→α и обратное α→ γ мартенситное превращение и процессы структурообразования в аустенитных сталях.
Досліджено вплив мікролегірування, різних схем температурно-потужного впливу на пряме γ→α та зворотнє α→ γ
мартенситне перетворення та процеси структуробудування в аустенітних сталях.
Stress-temperature scheme and microdoping influence on the direct and reverse α↔ γ martensitic transformation, structure
evolution processes in the austenitic stainless steels were studied
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:57:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.789
О НЕКОТОРЫХ ВОЗМОЖНЫХ ПУТЯХ ВЛИЯНИЯ НА ФАЗОВЫЙ
СОСТАВ, СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ
И.М. Неклюдов, В.М. Нетесов
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
г. Харьков, Украина
Исследовано влияние микролегирования, различных схем температурно-силового воздействия на прямое
γ→α и обратное α→ γ мартенситное превращение и процессы структурообразования в аустенитных сталях.
Одной из основных особенностей сталей аусте-
нитного класса является возможность реализации в
них при определенных температурно-силовых усло-
виях мартенситного γ→α-превращения. Поскольку
упомянутое явление в значительной мере определя-
ет свойства этих материалов, то на протяжении дли-
тельного времени оно является предметом много-
численных исследований. В последние годы мы так-
же изучали этот вопрос. Основная направленность
наших исследований заключалась в установлении
различных путей, позволяющих направленно влиять
на фазовое превращение, формирование структуры
и свойств аустенитных сталей. В первую очередь ис-
следования относились к изучению влияния микро-
легирования и различных схем температурно-сило-
вого воздействия на этот процесс. Результаты в
обобщенном виде приведены в настоящей работе.
Наиболее широкое распространение в промыш-
ленности получили аустенитные стали типа 18-10.
Наличие в их составе основных легирующих эле-
ментов Cr и Ni в количествах, предусмотренных
технологическими условиями, обеспечивает практи-
чески неограниченную область существования
устойчивого аустенита. Охлаждение их даже в об-
ласть низких температур не приводит к образова-
нию в аустените α-фазы [1,2].
Фазовое γ→α-превращение в этих сталях наблю-
дается при их низкотемпературной деформации.
Главными параметрами превращения являются тем-
пература начала образования деформационного мар-
тенсита (Мд) и полнота перехода (Vα). Указанные
параметры в первую очередь контролируются на-
личием в их составе основных легирующих элемен-
тов и степенью деформации. Мы рассматривали воз-
можность влияния на эти параметры микролегиро-
вания [3], для чего в состав некоторых промышлен-
ных аустенитных сталей вводили скандий (Sc).
На рис. 1 приведены мартенситные кривые ис-
следованных сталей до и после микролегирования.
Как следует из рисунка, стали в исходном состоянии
имеют различную склонность к деформационному
мартенситному превращению. Сталь Х16Н15М3Б
практически устойчива к γ→α-превращению (кр. 1).
Стали Х16Н11М3Б и Х18Н10Т (кр. 2,3 соответ-
ственно) склонны к образованию в аустените дефор-
мационного мартенсита. Если сравнивать темпера-
туру Мд этих сталей, то эта характеристика у стали
Х16Н15М3Б находится при более низкой темпера-
туре (~115K) против ~220К у стали Х18Н10Т.
Температура, К
Рис. 1. Зависимость количества мартенсита Vα, об-
разующегося в образцах при их растяжении в обла-
сти равномерной деформации от температуры:
1,2,3 – стали Х16Н15M3Б, Х16Н11М3Б и Х18Н10Т
соответственно в исходном состоянии;
1’,2’,3’ – эти стали, после дополнительного микро-
легирования Ѕc
Принято считать, что Мд – это температура, при
которой в аустените во время деформации образует-
ся не менее ~ 5% мартенсита. Сравнительный ана-
лиз результатов исследований до и после микроле-
гирования показал, что введение в состав исследуе-
мых сталей Ѕc снижает их фазовую устойчивость
(кр.1`-3`). Это отражается в смещении точки Мд в
сторону более высоких температур и увеличении
Vα. Наиболее наглядно дестабилизирующее влияние
Sc проявляется на стали Х16Н15М3Б, которая после
микролегирования перешла в разряд неустойчивых
по отношению к γ→α-превращению аустенитных
сталей. Деформация при температурах, близких к
77 К, сопровождается образованием в аустените
~14% мартенсита. Прочностные свойства сталей при
температурах ниже Мд резко увеличиваются. Значе-
ния прочностных показателей у микролегированных
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. №5.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (88), с.164-167.
164
сталей выше, чем у исходного материала. Это связа-
но с более полной реализацией мартенситного
превращения, происходящего в процессе испытаний
в условиях растяжения.
На полноту превращения значительное влияние
оказывает способ приложения деформирующей на-
грузки. При изучении влияния знакопеременного
кручения и изгиба [4-6] нами было установлено ин-
тенсифицирующее влияние таких схем нагружения
на γ→α-превращение. На рис. 2 показана зависи-
мость количества мартенсита, образующеегося в ци-
линдрических образцах стали Х18Н10Т, от ампли-
туды деформации кручением при 77 К (а) и количе-
ства циклов приложения нагрузки (б) с амплитудой
деформации ~ 0,2%.
0
20
40
60
0,2 0,6 1 1,15
Ε ,%
Vα ,%
0
10
0 100 200 300 400
N
Vα ,%
Рис. 2. Зависимость количества мартенсита Vα,
образующегося в стали Х18Н10Т, от амплитуды
деформации ε (а) и числа циклов знакопеременного
кручения N, при -77К (б) с амплитудой
деформации -0,21%
Из рис. 2 следует, что знакопеременное кручение
даже с амплитудой деформации на уровне предела
текучести исследуемой стали способствует образо-
ванию в аустените значительного количества
α-фазы. При других схемах нагружения такое коли-
чество мартенсита в стали Х18Н10Т наблюдается
после ее деформации на более значительные степе-
ни. С увеличением числа циклов нагружения и ам-
плитуды деформации прирост новой фазы увеличи-
вается. Практически при всех исследованных ам-
плитудах деформации этот процесс затухает после
~ 400 циклов нагружения. Такой вид нагружения
позволяет в деформируемом объекте формировать
различные структурные зоны, которые характеризу-
ются следующими особенностями. Поверхностный
слой, представляет собой аустенит с большими ко-
личествами α-фазы. Предповерхностная зона состо-
ит из аустенита с высокой плотностью областей, в
которых произошло частичное превращение. Для
нее характерно наличие в аустените большого коли-
чества пластин промежуточной ε-фазы с
α-мартенситом и без него. Центральная область
представляет собой аустенит с несколько повышен-
ной по сравнению с исходной плотностью дислока-
цией. Таким образом, можно говорить о том, что та-
кая схема нагружения позволяет осуществить струк-
турное «армирование» аустенита. Причем этот про-
цесс легко регулируется изменением амплитуды де-
формации и числа циклов приложения нагрузки. Ар-
мированные структуры оказывают сильное влияние
на механические свойства сталей при их последую-
щих испытаниях. На основе этих исследований был
разработан новый способ обработки аустенитных
сталей [7], который позволяет в два раза увеличи-
вать прочностные свойства и на ~ 40% – предел
усталости.
Получение структур подобного типа в аустенит-
ных сталях возможно также путем их поверхностно-
го деформирования. Наиболее простыми технологи-
ческими приемами, позволяющими изменять струк-
турное состояние поверхности, является обкатка и
дробеструйный наклеп. Нами была разработана но-
вая методика поверхностного наклепа с помощью
ультразвука [8]. Сущность ее заключается в поверх-
ностном деформировании материала ударным
инструментом в виде шарика, который приводится в
колебательное движение ультразвуковым концен-
тратором. Изготовленное с этой целью устройство
позволяет проводить сканирование обрабатываемой
поверхности под ударным инструментом. Это дает
возможность изменять структуру как всей обрабаты-
ваемой поверхности, так и в ее определенных ме-
стах.
При изучении влияния ультразвуковой поверх-
ностной обработки (УЗПО) на свойства аустенит-
ных сталей [9] мы рассматривали данное воздей-
ствие не только как метод, позволяющий направлен-
но изменять дефектную структуру поверхности, но
и как метод влияния на ее фазовый состав. Исходя
из этого, исследования проводили в широкой темпе-
ратурной области (300…77К). Исследовали стали,
которые имеют различную устойчивость аустенита
по отношению к деформационному γ→α-превраще-
нию. Охлаждение образцов осуществляли жидким
азотом. На рис. 3 показан график зависимости при-
роста микротвердости (Нµ) исследованных сталей
от температуры УЗПО.
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. №5.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (88), с.164-167.
165
Температура, К
Рис. 3. Зависимость прироста микротвердости
ΔНμ от температуры УЗПО стали Х16Н15М3Б,
Х16Н11М3Б, Х18Н10Т (кр.1,2,3 соответственно)
Как видно, для стали Х16Н15М3Б, практически
устойчивой по отношению к деформационному
γ→α-превращению (см. рис. 1), в указанной области
температур характерным является монотонный при-
рост Нµ с понижением температуры обработки. Для
сталей Х16Н11М3Б и Х18Н10Т подобный вид зави-
симости имеется в области температур выше точки
Мд. Обработка при более низких температурах при-
водит к резкому увеличению прироста микротвердо-
сти.
Структурные исследования показали, что упроч-
няющее действие обработки в температурной обла-
сти фазовой устойчивости аустенита связано с реа-
лизацией в поверхностном слое материала процес-
сов деформационного упрочнения. В первую оче-
редь это связано с интенсивным двойникованием,
увеличением плотности дислокаций, образованием
значительно количества пластин промежуточной ε-
фазы. Упрочняющее действие УЗПО при температу-
рах, ниже Мд обусловлено реализацией в поверх-
ностном слое материала деформационного мартен-
ситного превращения.
Несколько неожиданные результаты были полу-
чены на образцах, имеющих различную степень ис-
каженности исходной структуры. Так, например,
УЗПО стали Х18Н10Т, предварительно прокатанной
на большие степени деформации, сопровождается
снижением значения Нμ [10]. Эти данные указыва-
ют на изменение характера воздействия обработки,
превратившейся из способа повышения плотности
дефектов в поверхностном слое в достаточно эффек-
тивный метод, способствующий реализации в высо-
ко дефектном материале релаксационных процес-
сов.
Известно [11], что максимальные значения проч-
ностных свойств у сталей данного класса наблюда-
ются после отжига аустенита с деформационным
мартенситом при температуре начала обратного
γ→α-превращения, которое протекает в интервале
~673…1023К. Резкое увеличение показателей проч-
ности после отжига является следствием структур-
ных изменений, происходящих в α–твердом раство-
ре, а именно формированием сферических зон Ги-
нье-Престона, обогащенных хромом [12]. Это под-
тверждается и данными измерения электрического
сопротивления [13]. Отжиг стали Х18Н10Т с мар-
тенситом при ~ 678К приводит к аномальному уве-
личению электросопротивления. Это температура,
при которой формируются зоны критического раз-
мера, приводящие к сильному рассеянию электро-
нов проводимости и повышению прочностных
свойств. Мы изучали влияние отжига на микро-
твердость сталей Х16Н15М3Б, Х16Н11М3Б и
Х18Н10Т с мартенситом. Деформационный мартен-
сит в исследуемые стали вводили прокаткой на 30%
и УЗПО, проводимых при 77К. В первом случае
α-фаза формировалась во всем объеме материала, во
втором – в поверхностном слое.
На рис. 4 приведена зависимость микро-твердо-
сти (Нμ) от температуры изохронного отжига в тече-
ние 30 мин. Как следует из рисунка, отжиг при
~673К приводит к резкому увеличению Нμ. Прирост
микротвердости наблюдается только у сталей, низ-
котемпературная деформация которых сопровожда-
ется образованием деформационного мартенсита
(кр. 1,2). Отжиг стали Х16Н15М3Б с устойчивым
аустенитом не приводит к заметному изменению
Нμ. Следует сказать, что после дополнительного ми-
кролегирования этой стали Sc наличие пика после
отжига имеет место (кр. 3).
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
20 473 573 673 723 773 1023
К
Нµ ,Мпа
Температура, К
Рис. 4. Зависимость Ημ сталей Х18Н10Т,
Х16Н11М3Б и Х16Н15М3Б со cкандием (кр.1-3 со-
ответственно), подвергнутых УЗПО от темпера-
туры изохронного 30-минутного отжига
Однако величина прироста (Нμ) в этом случае
гораздо меньше, чем у других материалов, что свя-
зано с меньшим количеством деформационного мар-
тенсита у этой стали, участвующего в обратном
превращении. Существенного различия значения Нμ
после отжига у прокатанных и подвергнутых УЗПО
образцов не обнаружено. Очевидно, как в первом,
так и во втором случаях количественное содержание
α-мартенсита во всем объеме и поверхностном слое
материалов примерно одинаковое.
Завершается обратное γ→α-превращение фор-
мированием в аустените сетчатой дислокационной
структуры. На процесс структурообразования при
обратном превращении значительное влияние ока-
зывает воздействие внешней нагрузки. Отжиг образ-
цов в условиях макроупругого растяжения, в от-
личие от вышеприведенного случая, завершается
формированием в аустените полигональной дисло-
кационной структуры. Дислокационные границы об-
разуются в тех местах, где находились ε-пластины с
α-мартенситом.
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. №5.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (88), с.164-167.
166
Работа выполнена в рамках Программы проведе-
ния фундаментальних исследований по атомной
науке и технике ННЦ ХФТИ.
ЛИТЕРАТУРА
1.А. Банных, Ю.К. Ковнеристый. Стали для работы
при низких температурах. М: «Металлургия», 1969.
2.В.А. Лободюк, Г.И. Саввакин, Н.П. Федос,
Л.Г. Хандрос. Влияние ударной волны на структуру
и фазовое превращение в нержавеющей стали
Х18Н10Т //Металлофизика. 1976, в. 64, с. 53–57.
3.В.М. Нетесов, П.А. Березняк, Л.С. Ожигов, В.В.
Хандак. Влияние микролегирования на мартенсит-
ное превращение и свойства реакторных сталей
//Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика
радиационных повреждений и радиационное мате-
риаловедение (84). 2003, №6, с. 24–27.
4.И.А. Гиндин, И.М. Неклюдов, В.М. Нетесов, М.П.
Старолат. Влияние знаконопеременного нагружения
на мартенситное превращение аустенитной стали
//Проблемы прочности. 1976, №9, с. 76–78.
5.И.А. Гиндин, В.М. Нетесов, М.П. Старолат. Струк-
тура и свойства стали Х18Н10Т после знакопере-
менного кручения при 196 С //Проблемы прочности.
№9, 1985, с. 45–47.
6.И.А. Гиндин, И.М. Неклюдов, В.М. Нетесов, О.Т.
Розумный. Особенности мартенситного превраще-
ния аустенитных сталей при низкотемпературном
знакопеременном кружении //Металлофизика. 1977,
в. 69, с. 88–92.
7.А.с. 502051. Способ обработки изделий из аусте-
нитных сталей /И.А. Гиндин, И.М. Неклюдов, В.М.
Нетесов, М.П. Старолат //Б.И. 1976, №5.
8.И.А. Гиндин, В.М. Нетесов, Л.С. Ожигов,
Н.А. Яес. Влияние ультразвуковой поверхностной
обработки на ударную вязкость стали 15Х2НМФА
//Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика
радиационных повреждений и радиационное мате-
риаловедение. 1989, в. 1(4)-2(5), c. 1–139.
9.В.М. Нетесов, П.А. Березняк, Н.А. Яес. Влияние
температурной ультразвуковой поверхностной обра-
ботки на поверхностную твердость сталей //Вопро-
сы атомной науки и техники. Серия: Физика радиа-
ционных повреждений и радиационное материало-
ведение (84). 2003, №6, с. 107–109.
10.В.К. Аксенов, П.А. Данилов, А.В. Мац, В.М. Не-
тесов, А.А. Яес. Ультразвуковая поверхностная об-
работка стали Х18Н10Т с различным структурным
состоянием //Проблемы прочности. 1989, №9,
с. 111–115.
11.М.М. Штейнберг, Ю.Н. Гойхенберг, М.А. Смир-
нов, Д.А. Мирзаев. Упрочнение нержавеющей стали
при деформации мартенситного превращения и ста-
рении //МиТОМ. 1972, №7, с. 24–27.
12.Е.З. Винтайкин, Н.В. Звягинцев, В.Ю. Коломцов,
Б.М. Могутнов. Расслоение в мартенсите сталей
Х12Н10 и Х13Н8Ю //Физика металлов. 1970, т. 30,
в. 6.
13.В.М. Нетесов, А.А. Яес. Влияние γ→α-превра-
щения на электрическое сопротивление и структуру
стали Х18Н10Т //Металлы. 1987, №3, с. 104–106.
О ДЕЯКИХ МОЖЛИВИХ ШЛЯХАХ ВПЛИВУ НА ФАЗОВИЙ СКЛАД, СТРУКТУРУ
ТА ВЛАСТИВОСТІ АУСТЕНІТНИХ СТАЛЕЙ
І.М. Неклюдов, В.М. Нетесов
Досліджено вплив мікролегірування, різних схем температурно-потужного впливу на пряме γ→α та зворотнє α→ γ
мартенситне перетворення та процеси структуробудування в аустенітних сталях.
ON SOME POSSIBLE WAYS OF EFFECT ON PHASE COMPOSITION, STRUCTURE
AND PROPERTIES OF STAINLESS STEEL
I.M. Neklyudov, V.M. Netesov
Stress-temperature scheme and microdoping influence on the direct and reverse α↔ γ martensitic transformation, structure
evolution processes in the austenitic stainless steels were studied.
_________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. №5.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (88), с.164-167.
167
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80607 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:57:42Z |
| publishDate | 2005 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Неклюдов, И.М. Нетесов, В.М. 2015-04-19T16:42:56Z 2015-04-19T16:42:56Z 2005 О некоторых возможных путях влияния на фазовый состав, структуру и свойства аустенитных сталей / И.М. Неклюдов, В.М. Нетесов // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 5. — С. 164-167. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80607 621.789 Исследовано влияние микролегирования, различных схем температурно-силового воздействия на прямое
 γ→α и обратное α→ γ мартенситное превращение и процессы структурообразования в аустенитных сталях. Досліджено вплив мікролегірування, різних схем температурно-потужного впливу на пряме γ→α та зворотнє α→ γ
 мартенситне перетворення та процеси структуробудування в аустенітних сталях. Stress-temperature scheme and microdoping influence on the direct and reverse α↔ γ martensitic transformation, structure
 evolution processes in the austenitic stainless steels were studied Работа выполнена в рамках Программы проведе-
 ния фундаментальних исследований по атомной
 науке и технике ННЦ ХФТИ. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика радиационных и ионно-плазменных технологий О некоторых возможных путях влияния на фазовый состав, структуру и свойства аустенитных сталей О деяких можливих шляхах впливу на фазовий склад, структуру та властивості аустенітних сталей On some possible ways of effect on phase composition, structure and properties of stainless steel Article published earlier |
| spellingShingle | О некоторых возможных путях влияния на фазовый состав, структуру и свойства аустенитных сталей Неклюдов, И.М. Нетесов, В.М. Физика радиационных и ионно-плазменных технологий |
| title | О некоторых возможных путях влияния на фазовый состав, структуру и свойства аустенитных сталей |
| title_alt | О деяких можливих шляхах впливу на фазовий склад, структуру та властивості аустенітних сталей On some possible ways of effect on phase composition, structure and properties of stainless steel |
| title_full | О некоторых возможных путях влияния на фазовый состав, структуру и свойства аустенитных сталей |
| title_fullStr | О некоторых возможных путях влияния на фазовый состав, структуру и свойства аустенитных сталей |
| title_full_unstemmed | О некоторых возможных путях влияния на фазовый состав, структуру и свойства аустенитных сталей |
| title_short | О некоторых возможных путях влияния на фазовый состав, структуру и свойства аустенитных сталей |
| title_sort | о некоторых возможных путях влияния на фазовый состав, структуру и свойства аустенитных сталей |
| topic | Физика радиационных и ионно-плазменных технологий |
| topic_facet | Физика радиационных и ионно-плазменных технологий |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80607 |
| work_keys_str_mv | AT neklûdovim onekotoryhvozmožnyhputâhvliâniânafazovyisostavstrukturuisvoistvaaustenitnyhstalei AT netesovvm onekotoryhvozmožnyhputâhvliâniânafazovyisostavstrukturuisvoistvaaustenitnyhstalei AT neklûdovim odeâkihmožlivihšlâhahvplivunafazoviiskladstrukturutavlastivostíaustenítnihstalei AT netesovvm odeâkihmožlivihšlâhahvplivunafazoviiskladstrukturutavlastivostíaustenítnihstalei AT neklûdovim onsomepossiblewaysofeffectonphasecompositionstructureandpropertiesofstainlesssteel AT netesovvm onsomepossiblewaysofeffectonphasecompositionstructureandpropertiesofstainlesssteel |