автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Исследование влияния химического состава и термической обработки на структуру и свойства метастабильных аустенитных сталей криогенного назначения

РГ5 ОА 1 7 ОЕВ 1997

На правах рукописи УДК 669.14.018.41

ВОЛОГЖАНИНА Светлана Антониновна

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА МЕТАСТАЕИЛЬНЫХ АУСТЕКИТНЫХ СТАЛЕЙ КРИОГЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Специальность 05.02.01 - Материаловедение

(машиностроение)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственной академии холода и пищевых технологии

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники

РФ, доктор технических наук, профессор Ю.П.Солнцев

Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор

Ведуидя организация - Научно-исследовательский институт хи-

на заседании диссертационного совета Д 063.38.22 Санкт-Петербургского Государственного Технического Университета в лаборатор-но-аудиторном корпусе кафедры НиТОВД ( 195251, С.-Петербург, ул. Политехническая, 29).

С диссертацией молено ознакомиться в библиотеке СПбГТУ

Ю.В. Шахназаров;

кандидат технических наук, старшй научный сотрудник В.Н. Поляков

мического машиностроения (С-Петербург)

Защита состоится 25 парта 1597 года в 15.00

Автореферат разослан

1997 Г.

Учений секретарь диссертационного совета к.т.к., ст.и.с.

' В.И.Егоров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Конец XX столетия убедительно показал, что интерес к криогенной технике все Солее возрастает и сфера ее применения непрерывно расширяется.

Криогенная техника широко применяется как в традиционных отраслях промышленности (металлургия, химия), так т* в сравнительно новых.(ракетостроение, энергетика, управление термоядерными процессами, освоение космоса, физика высоких энергии). В последнее время появились такйе специальные отрасли знания как криобиология, криомедицина, криоэнергетика и др.

Развитие криогенной техники требует использования материалов, пригодных для работы при низких температурах.

СталиА работающие в условиях низких температур, должны обеспечивать необходимую прочность в сочетании с высокой вязкостью и пластичностью, обладать малой чувствительностью к концентраторам напряжений и низкой склонностью к хрупкому разрушению. Учитывая технологию изготозления изделий, работающих при низких температурах, такие стали должны обладать хорошей свариваемостью.

Стабильные аустенитныэ стали на Сг-М1 основе, наиболее широко применяющиеся в криогенной технике, не меняют свой фазовый состав в процессе низкотемпературной деформации, обеспечивая достаточно высокие значения относительного удлинения и ударной вязкости вплоть до температуры .жидкого гелия. Однако они обладают низкими значениями предела текучести при комнатной температуре.

Поэтому для тех конструкций, к металлу которых не предъявляются требования по стабильности аустенитной структуры и магнитной проницаемости в процессе эксплуатации применение таких дорогих и сравнительно низкопрочных сталей.нецелесообразно. Известно, что метастабильные аустенитные стали имеют необычный комплекс механических свойств: сравнительно высокий предел текучести и временного сопротивления при комнатной температуре сочетается у них достаточной пластичностью и вязкостью при криогенных температурах. Эти особенности обусловлены протеканием в процессе пластической деформации ДМП и вызванной этими превращениями высокой способностью к деформационному упрочнения аустенита. -

Существует целый ряд деталей и узлов, работающих при крио-

генных температурах, от которых требуется высокая удельная прочность ба.г/т, где г - плотность материала, но требования к структуре менее существенны. К ним относятся емкости для транспортировки криогенных жидкостей, топливные баки автомобилей, работающих на сжиженном природном газе, топливных баков авиакосмической техники.

Цель работы - оптимизация состава метастабильной аустенитной стали повышенной удельной прочности, исследование ее структуры и свойств, разработка технологии термической обработки.

Научная новиана работы:

- выявлена кинетика фазовых превращений, происходящих при низкотемпературной деформации хромоникельмарганцевых сталей;

- установлено влияние деформационных фазовых превращений на механические свойства сталей;

- установлено влияние комплексного легирования стали азотом и ванадием с одновременной обработкой ее в жидком состоянии церием, кальцием и барием на интенсивность мзртенситных превращений;

- определено оптимальное соотношение азота и ванадия, обеспечивающего наиболее полное связывание их в•карбонитриды и получение высокого уровня прочности и вязкости стали: [V]/СС+ЫЗ- 3,1;

- определен оптимальный режим термической обработки метастабильной аустенитной стали: аустенитизация при 1050°С с последующим старением при 690°С в течение 25 ч.

Практическая ценность работы состоит в разработке рекомендаций по применению предлагаемой высокопрочной хладостойкой метастабильной аустенитной стали для емкостей хранения и транспортировки сянпйнных газов, топливных баков автомобилей, работающих на жидком метане, топливных баков авиакосмической техники.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научном семинаре "Актуальные проблемы прочности материалов и конструкций при низких и криогенных температурах и при действии физических полей" (С-Петербург, 1995 г), Международном семинаре "Механические свойства и разрушение сталей при низких температурах" (С-Петербург, 1936 г), совместном заседании Академии Холода и Авиакосмической Акадекяш им. Можайского (С-Петер-бург, 1936 г), научном семинаре "Актуальные проблемы прочности материалов и конструкции -при низких и криогенных температурах

(С-Петербург, 1996 г), всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии" (Москва, февраль 1997 г).

Публикации. По теме работы имеется 6 публикаций, в том числе 2 статьи в центральных журналах и 4 тезиса докладов в сборниках трудов научных семинаров и научно-технической конференции, подана заявка на получение патента (приоритет N 96123820 от 24.12.96 г).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложений. Объем работы - 150 страниц машинописного текста, в том числе 39 рисунков и 16 таблиц. Список использованной литературы содержит 130 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы и отражена ее научная и практическая направленность.

В первой главе выполнен обзор отечественной и зарубежной литературы по рассматриваемой проблеме и сформулированы основные задачи исследования.

Анализ литературных данных показал, что наиболее перспективной системой легирования для создания метастабильной стали, обладающей высокими прочностными и пластическими характеристиками, является система Ре-Сг-Ш-Мп. Предыдущие исследования кафедры металловедения Академии холода и пищевых технологий показали, что при отсутствии требований к стабильности аустенитной структуры наилучшим комплексом пластических и вязких характеристик обладают стали с содержанием углерода не более 0,06%, никеля 7-11Х, марганца 6-Юа и хрома 12-17*.

Недостатком сталей этогр типа является сравнительно низкое значение предела текучести при комнатной температуре (около 260 МПа). Повышение прочности может быть достигнуто с помощью дополнительного легирования азотом, образующим твердые растворы внедрения. Однако введение азота может привести к стабилизации аустенитной матрицы и снижению эффекта "пластичности, наведенной превращением" (ПНП-эффект).

Совместное легирование стали азотом и ванадием с последующим дисперсионным твердением позволит повысить уровень предела текучести при комнатной температуре. Зыеокпе характеристики относи-

тельного удлинения и ударной вязкости при криогенных температурах обеспечиваются благодаря деформационно),(у мартенситному превращению.

Таким образом,, при разработке метастабильных сталей повышенной прочности необходимо предусматривать комплексное легирование Гб-Сг-М1-Мп матрицы такими упрочняющими элементами, как азот и ванадий с последующи;,) старением стали. Церий, кальций и барий, вводимые в жидкую сталь, благоприятно сказываются на состоянии границ верен и морфологии неметаллических включений.

- Вторая глава посвящена изложению методики исследования и характеристик применяемого оборудования.

При определении программы испытаний и обработки результатов был использован метод планирования эксперимента. Априорная модель, описывающзя зависимость свойств сталей от содержания азота и ванадия, учитывала как индивидуальный вклад легирующих элементов, так к их взаимодействие. Пределы варьирования легирующих элементов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Пределы варьирования азота и ванадия

Легирующий Максимальное Минимальное Интервал

элемент содержание содержание варьирования

Азот 0,35 0,25 0,05

Ванадий 1,40 0,90 0,25

Расчет равновесий с участием карбонитрида ванадия проводили по методу, разработанному кафедрой металлургии черных металлов С-Петербургского Технического Университета. Метод основан на представлении реакции образования соединения в сплаве суммой отдельных реакций. Предполагается, что сталь может быть представлена как разбавленный твердый раствор. Данное предположение позволяет использовать большой экспериментальный материал по произведениям растворимоетей карбидов и нитридов в сплавах типа железо-легирующий элемент-углерод (или азот) для расчетов реакций выделения карбидных и нитридных фаз в многокомпонентных системах.

Для построения модели, описывающей энергетическое состояние системы г-Ге-У-С-Н, приняты следующие допущения: карбонитрид ванадия рассматривается как совершенный твердый раствор компонентов

УС и УИ; карбонитрид ванадия имеет определенный стехиометрический состав; аустенит, условно являющийся растворителем, содержит око-' ло 15% хрома, 9% никеля и 8% марганца; никаких других фаз, кроме карбонитрида ванадия и аустенита, не предполагается.

Все опытные плавки были проведены в открытой индукционной печи емкостью 10 кг с основным тиглем. Перед введением азотированного феррохрома стали раскисляли алюминием. Стали разливались в десятикилограммовые излочницн. Металл ковали в интервале температур (1150-900 °С) на прутки диаметром 15 мм. Температурный интервал прокатки в лист толщиной 14 мм 1200-900 °С.

По результатам испытаний цилиндрических образцов диаметром 6 мм (тип 5К по ГОСТ 11150-75) на статическое растяжение и образцов квадратного сечения 10x10 с острым' надрезом (тип 11 по ГОСТ 9454-78) на динамический изгиб были определены основные механические свойства сталей при температурах 293, 77 и 20 К.

Исследование фазового состава образцов и измерение параметра решетки аустенита осуществлялось методами рентгеноструктурного анализа на дифрактометре ДРОН-3 в излучении железа.

Для визуального выделения зон деформационных фазовых превращений был применен метод "магнитного окрашивания" ферромагнитной фазы. Методика заключалась в нанесении на предварительно отполированную поверхность образца коллоидного раствора оксида железа ГезО^, показывающего надежные результаты в магнитном поле Земли. Взаимодействуя с магнитным полем шлифа, суспензия распределялась в виде тонкой (40-70 нм) пленки. В результате интерференции света на полученной пленке ферромагнитная е- фаза принимала сине-фиолетовую окраску, а антиферромагнитная г - желтую-желто-коричневую.

Оценку характера разрушения образцов проводили на растровом электронном микроскопе МРЭМ-200.

Для получения уточненных данных о влиянии неметаллических включений на ход деформационных мартенситных превращений и характер разрушения сталей был использован сканирующий спектрометр. Исследование проводилось узким пучком рентгеновского излучения с применением коллиматора с насадкой диаметром 0,3 мм.

Анализ химического состава поверхности разрушения образцов и перераспределения элементов между матрицей и неметаллическими включениями в изломах проведен методами прямого спектрального

анализа и химического разделения фаз. Идентификация химических элементов по экспериментально полученным спектрам выполнялась с помощью ЭВМ с соответствующим программным обеспечением.

В третьей главе обоснован выбор химического состава и режима термической обработки опытных сталей.

На основании работ, проводимых кафедрой, в качестве критерия интенсивности фазовых превращений принята средняя скорость образования а-мартенсита при равномерной деформации статическим растяжением в .заданных температурных условиях. Критерий Ы - о/5 представляет собой отношение а - количества мартенсита, образовавшегося в зоне равномерной деформации образца при данной температуре к б - относительному удлинению при той же температуре. Предыдущие исследования показали, что этот критерий наиболее полно связывает кинетику фазовых превращений с механическими свойствами метастабильных аустенитных сталей. Наилучшим сочетанием механических свойств обладают MAC, в которых интенсивность, фазовых превращений М - а/5 при температуре 77 К соответствует 1-1,5, а при 20 К составляет 1,5-2,0.

Для исследования была выбрана сталь с содержанием хрома около 0,05% углерода, 15% хрома, 9% никеля и 8% марганца, обеспечивающая М - а/5 1,24 при 77 К nil - а/5 1,8 при 20 К. Предел текучести бо. г293 260МПа, ударная вязкость KCV77 к - 245 Дж/см2 и Kcv20 К _ 225 Дж/СМ2.

С целью повышения прочностных характеристик при комнатной температуре за счет дисперсионного упрочнения стали дополнительно легировали азотом и ванадием. Термодинамический расчет показал, что максимальное количество азота, способное раствориться в аус-тенитной матрице, составляет 0,37%. Для полного выведения азота из твердого раствора и связывания ванадия необходимо выполнение условия: [V] - 3,1CN+CD.

Химический состав опытных сталей приведен в табл. 2.

В свою очередь, оптимизация химического состава методом планирования эксперимента подтвердила термодинамический расчет: соотношение m/CC+N] - 3,1.

Проведенные исследования позволили выбрать температуру аусте-ниткэации 1050°С. Выбранная температура обеспечивает полное растворение карбонитридов, мелкое аустенитное зерно и, что позволяет

иметь высокие значения предела текучести и ударной вязкости материала.

На основании данных рентгеноструктурного исследования установлено, что после аустенитизации в структуре присутствуют определенное количество карбонитридов ванадия и карбидов хрома типа Ыв7Сз.

Таблица 2

Химический состав опытных плавок, %

NN С Сг N1 МП V N V

плав —

C+N

1 0,05 15,04 9,21 7,91 -

г 0,06 15,21 9,16 7,76 0,90 0,23 3,1

3 0,05 15,15 9,08 7,73 1,08 0,32 2,9

4 0,06 14,93 9,00 7,85 1,39 0,33 3,6

5 0,05 15,53 9,20 7,95 1,43 0,28 4,3

6 0,06 15,22 9,06 8,20 0,87 0,36 2,1

Дисперсионное упрочнение материала обеспечивается за счет карбонитридов ванадия, образующихся в процессе старения. Старение проводили при температурах 650 и 630°С в течение 10, 20 и 25 ч.

Для всех вариантов плавок после старения в структуре повышается количество карбонитрида ванадия. При этом более активно образование карбонитрида ванадия идет при более высокой температуре 690°С и более длительной выдержке при старении.

Старение при .температуре 690°С в течение 25 ч позволяет получить более Еысокне значения прочностных, пластических и вязких свойств опытных сталей, чем при температуре 650 °С в течение 25ч. Дальнейшее повышение температуры и длительности старения не приводит к росту значений механических свойств. Показано, что при соотношении Ш/СМ+СЗ-ЗД достигаются максимальные значения как прочности, так и ударной вязкости. Очевидно, что это соотношение определяет наиболее полное связывание азота, углерода и ванадия & карбонитрид У(С,М).

В четвертой главе представлены результаты исследований влияния на фазовый состав и кинетику деформационных мартенситных превращений химического состава и режима термической обработки.

Исследовано влияние ниэких температур и деформации на кинетику деформационных мартенситных превращений стали 06Х15Н9Г8 и

сталей на этой же основе, но с азотом и ванадием в твердом растворе. При 293 К мартенситное превращение во всех сталях отсутствует. Понижение температуры испытаний по-разному влияет на кинетику ДМП в сталях. При температуре 77 К в стали 06Х15Н9Г8 начинается процесс мартенситообразования, который еще более активизируется при понижении температуры испытаний до 20 К. Во всех с.алях с азотом незначительное количество мартенсита обнаруживается при 20 К. С повышением концентрации азота с 0,23 до 0,36 % количество образующегося мартенсита в стали падает.

Старение оказывает существенное влияние на ход деформационных мартекеитных превращений при криогенных температурах. Состав аустенитной матрицы изменяется в зависимости от температуры нагрева и времени выдержки. Ванадий эффективно связывает азот и углерод , растворенные в аустенитной матрице, в карбонитриды. Чем меньше азота, углерода и ванадия остается в аустенитной матрице, тем вероятнее прохождение заданных мартенситных превращений. На рис. 1 приведено влияние отношения СУЗ/СС+Ш и режима старения на количество мартенсита, образующегося в стали при температуре 77 и 20 К. Количество 'образующегося мартенсита деформации растет при повышении СУЗ/СС+МЗ до 3,1, а затем начинает несколько падать. Интенсивность фазовых превращений растет для всех соотношений СУЗ/СС+ЫЗ (рис. 2). Очевидно, это связано с тем, что при недостаточном количестве ванадия в сталях с соотношением [У3/[С+М менее 3,1 азот стабилизирует аустенит и снижает интенсивность фазовых превращений. Избыточное количество ванадия в сталях с соотношением СУЗ/СС+ЫЗ более 3,1 ведет к интенсификации процесса деформационного мартенситного превращения. Таким образом, старение позволяет регулировать как объем образующегося мартенсита, так и интенсивность фазовых превращений. Старение при 690°С в течение 25ч способствует наиболее полному выведению углерода, азота и ванадия из аустенитной матрицы, обеспечивая оптимальную интенсивность фазовых превращений.

В пятой главе представлены результаты исследований влияния химического состава, режима термической обработки, деформационных мартенситных превращений на механические свойства метастабильных аустенитных сталей.

В процессе старения одновременно протекают два противополож-

77К

2,5

3.5

4 г

(W)

Рис.1.Влияние отношения У/(С+Ы) и режима старения на количество мартенсита в зоне деформации Сг-Ш-Мп НАС после статического растяжения при 77 К: 1,3-старение 690° С, 25 ч; 2, 4 - старение 650° С, 25ч.

ЛШа

160 т 120 100 80 60 40

го

Yr,

% -

l\ rn\

/V \\

V\

1 ---

yf

/ х

// if/

cf

0.9 0,8 0,7 0,6 0,5

2 3 4 V

(Л'+С)

Рис.3.Влияние отношения-V/(C+N) на количество связанного ванадия и прирост прочности Cr-Nl-Mn MAC.

2,5

5,5

4 -Я-><VtC)

Рис.2.Зависимость интенсивности фазовых превращении

Cr-Nl-Mn MAC от отношения Y/(C+N) после старения 690° С, 25 ч.

KCV,

№ ар

250 240 230 220

210

200

Л

77K

r ^ ,20K

0,5

1,5

2.5

Рис.4.Влияние интенсивности фазовых превращений на ударную вязкость Cr-Ni-Mr:

- IE -

ных процесса: разупрочнение твердого раствора в результате выведения из матрицы упрочняющего элемента - азота с одновременным повышением прочности материала за счет выделения карбонитридных фаз V(C,N). Анализ уравнений регрессии позволяет сделать вывод о том, что упрочняющее влияние карбонитридной фазы существенно выше, чем разупрочняющее влияние выведения азота из твердого раствора. В результате этого временное сопротивление и особенно предел текучести-стали после старения возрастают. На рис. 3 показано влияние соотношения [V]/[C+N] на изменение содержания ванадия в связанном виде и прирост прочности опытных сталей.

Максимальное значение ударной вязкости при температуре 77 К соответствует интенсивности фазовых превращений М, равной отношению значений количества мартенсита в зоне равномерной деформации а к относительному удлинению образца 5 1,24, а при 20 К М - сс/5 составляет 1,82 (рис. 4).

Отклонение от этих значений М - а / 5 как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения, приводит к падению ударной вязкости. Причем, если U - а / д при 77 К меньше 1,24 и М - а / 5 при 20 К меньше 1,82, то шейка не успевает упрочниться настолько, чтобы перестать быть самым слабым местом образца. При значениях М - oi / 5 при 77 К более 1,24 и М - « / 5 при 20 К более 1,82, что соответствует слишком интенсивному ходу мартенситного превращения, может произойти преждевременное разрушение образца по мар-тенситной структуре, которая обладает меньшей пластичностью.

Выделившиеся в процессе термической обработки неметаллические включения оказывают большое влияние на процесс деформационных мартенситных превращений и характер разрушения стали.

На основании исследования фрактографий изломов было установлено, что на характер разрушения большое влияние оказывает качественный состав неметаллических включений. Мелкодисперсные кар-бонитриды, практически когерентные с аустенитной матрицей, не.ох-рупчивают материал, располагаясь пре1!мущественно внутри зерен. Химические соединения типа MeS, МеР, МеС1 в основном обнаружены на границах зерен. Они облегчают распространение трещин по границам зерен, что может приводить к межкристаллитному разрушению. В результате количество хрупкой составляющей в изломе растет.

В secтой главе дано обоснование выбора метасгабильной аусте-

нитной стали 06Х15Н9Г8АФ для емкостей хранения и транспортировки сжиженных газов, топливных баков автомобилей, работавших на сжиженном метане, а также топливных баков авиакосмической техники.

Механические свойства материалов, наиболее широко применяемых в криогенной технике, приведены в табл. 3.

Таблица 3

Сравнительнаг характеристика материалов, применяемых для изготовления сосудов давления в криогенном технике

6а, бо,2, КСУ, [б]*, Модуль Удельная

Ша % Дж/см4 МПа упругости прочность

при температуре, К Е, „ бо.г/т

. 293 77 20 77 20 293 МПа 104

АМг5

280 127 23 15

80

6,9

4,7

ВТ1-0КТ

470 400 48 24

271

10,7

8,9

12Х18Н10Т

529 235 37 34 280 250 185

18,6

3,0

06Х15Н9Г8

650 260 50 42 247 224 212

20

3,3

06Х15Н9Г8АФ 900 500 46 36 240 221 350

20

6,4

[б] - допускаемое напряжение материала в стенке сосудов, используемых в криогенной технике ОСТ 26-04-2585-86 "Техника криогенная и криогенно-вакуумная. Сосуды и камеры. Нормы и методы расчета на прочность, устойчивость и долговечность сварных конструкций".

Анализ данных таблицы позволяет рекомендовать использование метастабильной аустенитной стали 06Х15Н9Г8АФ наряду с титановыми сплавами для изделий криогенной техники.

Сталь 06Х15Н9Г8АФ превосходит по удельной прочности обычно применяемые в криогенной технике материалы. Исключение составляют титан и его сплавы. Однако титан характеризуется низкой жесткостью, его модуль нормальной упругости почти вдвое меньше модуля упругости разработанной стали. Кроме того, титановые сплавы непригодны для работы в контакте с жидким кислородом и другими менее распространенными окислителями на основе фтора, используемыми в жидкостных ракетных двигателях. Несовместимость с кислородной средой сужает область возможного применения титановых сплавов.

Алюминиевые сплавы имеют еще более низкую жесткость и невысокую удельную прочность. Они совместимы с жидким кислородом при низких скоростях нагружения, но при испытании на ударное сжатие и

на прокол падающим бойком они также реагируют с кислородом.

Сталь 06Х15Н9Г8АФ, имея высокую прочность и жесткость, совместима с кислородом и другими окислителями, что позволяет считать ее более универсальным материалом криогенной техники.

Для комплексного исследования свойств стали 06Х15Н9Г8АФ были проведены испытания сосудов на разрыв внутренним давлением жидкого азота (табл. 4). Сварка выполнялась в среде аргона с применением проволоки Св-03Х19Н15Г6М2АВ2.

Таблица 4

Результаты испытании сосудов внутренним давлением

Сталь Толщина стенки обечайки мм Давление Напряжение в Место разруше- стенке в момент разрушения ния разрушения МПа МПа

12Х18Н10Т 3,0 9,8-13,2 490-660 Зона термического

влияния продольного

шва

06Х15Н9Г8АФ 1,8 18,0-21,0 1038-1240 Кольцевой шов

Из данных табл. 4 следует, что метастабильныё аустенитные стали с азотом и ванадием имеют существенные преимущества для изготовления сосудов давления по сравнению с базовой сталью

12Х18Н10Т.

ВЫВОДЫ

1. Легирование метастабильной аустенитной стали типа 06Х1БН9Г8 азотом и ванадием п последующим дисперсионным твердением в процессе старения обеспечивает увеличение предела текучести при комнатной температуре не менее 500 МПа, т.е. в 2 раза по сравнению с обычно применяемой сталью 12Х18Н10Т. Деформационные мартенситные превращения и реализация эффекта "бегущей шейки" позволяют получить при 77 К относительное удлинение на уровне 40% и ударную вязкость на образцах с острым надрезом более 200 Дж/см2.

2. Расчетное и экспериментальное определение оптимального соотношения ванадия к сумме азота и углерода показало, что для полного их • связывания в карбонитриды и выведения из твердого раствора необходимое количество ванадия может быть определено по формуле: ÍV] - 3,1[С + N3.

3. В качестве критерия интенсивности фазовых превращений

принято отношение количества образовавшегося мартенсита к относительному равномерному удлинению М - й/5. В отличие от обычно принятых этот критерий позволяет наиболее полно связать кинетику фазовых превращений с механическими свойствами MAC.

4. Оптимальный уровень механических свойств MAC, дополнительно легированной 0,23% ааота и 0,9% ванадия при температуре 77 К обеспечивается при интенсивности фазовых превращений U - ot/5 равной 1,24, а при 20 К Ы - сс/5 составляет 1,82. Отклонение от этих значений как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения, приводит к падении ударной вязкости. Если интенсивн ^ть фазовых превращении меньше оптимальных значений, шейка не успевает упрочниться настолько, чтобы перестать быть самым слабым местом образца. При значениях !,'-«/5 более высоких, чем оптимальные, происходит слишком интенсивный ход мартенситного превращения, приводящий к преждевременному разрушению' образца по мартенситной структуре, которая обладает меньшей пластичностью.

5. Определен оптимальный режим термической обработки исследованных MAC с азотом и ванадием , обеспечивающий максимальное повышение прочностных свойств при комнатной температуре с сохранением высокого уровня пластичности и вязкости в криогенных условиях: температура аустенитизащм 1050°С, старение при 690 °С в течение 25 ч.

6. Орактографические исследования изломов показали, что на характер разрушения большое влияние оказывает количество, форма и размеры неметаллических включений. Мелкодисперсные карбонитриды V(C,N), когерентные с аустенитной-матрицей, не охрупчиввют материал, располагаясь преимущественно внутри зерен.

7. Повышение предела текучести при комнатной температуре с одновременным обеспечением высокой пластичности и вязкости при криогенных температурах позволяет рекомендовать метастабильные Cr-Ni-Mn стали с азотом и ванадием для изготовления тех деталей и конструкций криогенной техники, которые должны обладать еысокой удельной прочностью. К ним относятся такие транспортные емкости, как топливные баки самолетов и автомобилей, использующие сякжен-

ный водород и природный газ, а также емкости железнодорожного и морского транспорта, предназначенные для перевозки газов в жидком состоянии.

Уровень механических свойств MAC позволяет рекомендовать их в качестве материала с высокой кавитационной стойкостью для проточных дроссельных устройств криогенных топливных систем,

Содержание диссертации отражено в следующих основных публикациях.

1. Вологжанина С.А., Колчин Г.Г., Штернин С.Л., Солнцев Ю.П. Разработка метастабильнои -аустенитной стали повышенной прочности.- Тезисы докладов конференции "Актуальные проблемы прочности материалов и конструкций при низких и криогенных температурах".-С.Петербург: 1995.- С. 5.

2. Солнцев Ю.П., Ермаков B.C., Колчин Г.Г., Штернин С.Л., Вологжанина С.А. Регулирование свойств метастабильных хромникель-марганцевых сталей для топливных баков жидкого водорода // Известия вузов. Черная металлургия.- 1996.- К 1.- С. 58-59.

3. Солнцев Ю.П., Ермаков B.C., Колчин Г.Г., Штернин С.Л., Вологжанина С.А. Влияние скорости нагружения на фазовые превращения метастабильных хромникельмарганцевых аустенитных сталей.

// Известия вузов. Черная металлургия.- 1996.- N 3.- С. 43-45.

4. Вологжанина С.А., Солнцев Ю.П., Штернин-С.Л. Влияние низких температур и деформации на механические свойства метастабильных аустенитных сталей.- Тезисы докладов конференции "Механические свойства и разрушение ста-ей при низких температурах".- С.Петербург: 1996.- С.32.

5. Вологжанина С.А., Солнцев Ю.П., Штернин С.Л. Влияние неметаллических включений на прочность и разрушение метастабильных аустенитных сталей при низких температурах.- Тезисы докладов конференции "Актуальные проблемы прочности материалов и конструкций при низких и криогенных температурах".- С.Петербург: 1997.

6. Вологжанина С. A. t Солнцев Ю.П. Метастабильные аустенитные стали повышенной удельной прочности.- Тезисы докладов конференции "Новые материалы и технологии".- Москва: 1997.

Подписано к печати 30.01.97. Формат 60x84 1/16. Б™. писчая. Печать офсетная. Печ.л. 1,0. Тираж 60 экз. Заказ № 38.

Бютю техники кондиционирования и охлаждения. I9I002, Санкт-Петербург, ул.Ломоносова, 9