Первая Журнал Передовые тренды в металлургии и свариваемости хладостойких и криогенных сталей для Арктики и водородной энергетикиx

Передовые тренды в металлургии и свариваемости хладостойких и криогенных сталей для Арктики и водородной энергетикиx

by rudymore
Академик РАН Рудской А.И., д.т.н. Паршин С.Г. Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

1. Введение
Высокопрочные хладостойкие и криогенные стали широко используются для судов ледового класса, в добыче и транспортировке углеводородов, водородной энергетике, для изготовления ветрогенераторов, оффшорных платформ, грузовой спецтехники, вездеходов, железнодорожного и автомобильного транспорта. Металлургия традиционных высокопрочных сталей успешно развивается с создания низкоуглеродистых до 0,2 % С и низколегированных кремнемарганцовистых феррито-перлитных сталей. С использованием микролегирования V, Nb, Ti и контролируемой термомеханической обработки (КТМО) [1–3] удалось достичь мелкозернистой структуры, повысить прочность и вязкость при снижении углерода до 0,15 %.

Последующее развитие контролируемой прокатки и внедрение режимов ускоренного охлаждения с от пуском в 1980-х годах позволило добиться феррито-бейнитной и феррито-мартенситной микроструктуры сталей мелкодисперсной морфологии высокой вязкости с дисперсными карбидами и карбонитридами при снижении углерода до 0,1 %. С 1990-х годов развитие высокопрочных сталей основано на микролегировании, усовершенствовании КТМО, измельчении микроструктуры, дисперсионном упрочнении, рафинировании, устранении анизотропии проката на основе бейнитной, бейнитно-мартенситной, мартенситно-бейнитной и мартенситной микроструктуры со снижением углерода до 0,05–0,02%. Развитие высокопрочных сталей тесно связано с металлургической свариваемостью, поскольку основной операцией при изготовлении стальных конструкций является сварка.

Рис. 1. Механические свойства классических и передовых высокопрочных сталей: C-Mn – перлитные;
HSLA – низколегированные; F-B – феррито-бейнитные; B-M – бейнитно-мартенситные; DP – двухфазные; CP – мультифазные; D – дуплексные; TRIP –метастабильные с наведенной пластичностью (Transformation-Induced Plasticity); Mn-TRIP – среднемарганцовистые; Q&P – мартенситно-аустенитные (Quenching and Partitining – Third Generation of AHSS); CFB – бескарбидные бейнитные; A – аустенитные; AUST-SS – супераустенитные; L-IP – легкие стали с наведенной пластичностью; М – мартенситные.

Исследования в области создания и совершенствования высокопрочных сталей активно развиваются во всем мире, основными трендами являются увеличение прочности и вязкости сталей, улучшение качества, снижение затрат на легирование и металлургические процессы [4–7]. Среди перспективных высокопрочных сталей для применения в Арктике и в водородной энергетике следует выделить около 14 групп различных низко- и высоколегированных сталей, рис. 1.

2. Характеристика высокопрочных сталей
2.1. Высокопрочные низколегированные стали (Highstrength low-alloy steel – HSLA-steel) имеют 0,04–0,25% углерода, 1–2% марганца, а также до 0,5% легирование элементами: Si, Ni, N, Cr, Mo, Ca, Al, РЗМ, Zr. Для диспер- сионного упрочнения ферритной матрицы через образование интерметаллидов, карбидов и карбонитридов вводят Cu, Ti, V, Nb. Уменьшение размеров зерна увеличивает ударную вязкость при сохранении высокого предела текучести – более 460 МПа. Основным способом производства этих сталей является контролируемая термомеханическая прокатка [1]. Высокопрочные стали разделяются на 6 категорий [8,9]: атмосферостойкие с легированием фосфором и медью; микролегированные феррито-перлитные стали с со- держанием менее 0,1 % карбидов и карбонитридов Nb, Ti, Ti для дисперсионного упрочнения, модификации зерна, изменения температуры превращения; низколегированные стали контролируемой прокатки перлитных С-Mn-сталей; низкоуглеродистые низколегированные бейнитные стали с игольчатым ферритом [10]; двухфазные мартенситно-ферритные стали с высокой ударной вязкостью; стали с контролируемой формой неметаллических включений с введением … 

 

Читать статью полностью в журнале МИР СВАРКИ

 

Наши площадки