Способ обработки метастабильных аустенитных сталей методом интенсивной пластической деформации

Изобретение относится к области металлургии, в частности к обработке метастабильных аустенитных сталей путем интенсивной пластической деформации, и может быть использовано в различных отраслях техники, в частности для изготовления изделий и конструкций для химической промышленности, в энергетике и т.д.

Применение метастабильных аустенитных сталей в настоящее время ограничивается сложностью деформационно-термического упрочнения. Высокий комплекс прочностных и пластических свойств достигается путем сложных обработок. Для высоких степеней деформации при низких температурах требуются мощные деформирующие устройства. Поэтому поиск новых способов обработки метастабильных аустенитных сталей является в настоящее время весьма актуальной проблемой.

Известен «Способ получения заготовок сталей аустенитного класса с нанокристаллической структурой» (РФ 2488637 C1, C21D 8/00, 27.07.2013), в котором предложена обработка метастабильных аустенитных сталей типа 08X18H10 для получения нанокристаллической структуры, включающий интенсивную пластическую деформацию (ИПД) многократной ковкой с изменением оси ориентации при температуре 500-650°C с суммарной истинной степенью деформации не менее 3 и последующий отжиг при температуре выше изотермической ковки. Методы ИПД основаны на создании в материалах высокой плотности дефектов кристаллического строения, в результате чего сталь, полученная при подобной обработке, характеризуется высокой прочностью, но обладает низкой коррозионной стойкостью и усталостной прочностью из-за частично образующегося в результате деформации мартенсита.

Наиболее близким к предложенному является «Способ получения заготовок сталей аустенитного класса» (РФ 2468093 C1, C21D 8/00, 27.11.2012), в котором способ изготовления заготовок из метастабильных аустенитных сталей типа 08Х18Н10Т включает интенсивную пластическую деформацию методом многократной ковки с последовательным изменением оси ориентации с понижением температуры деформации на 80-150 К, причем первую осадку проводят при температуре 1224-1323 К, а две последние - при температуре 873-923 К с последующим отжигом при температуре выше температуры двух последних осадок. Несмотря на то что полученный сплав имеет достаточно однородную нанокристаллическую структуру, прочностные и коррозионно-стойкие характеристики сплава недостаточно высокие вследствие присутствия в структуре сплава некоторого количества мартенсита.

Задачей изобретения является разработка способа обработки метастабильной аустенитной стали для получения нанокристаллической структуры в 100%-ном аустенитном состоянии.

Техническим результатом изобретения является повышение прочностных характеристик и коррозионной стойкости метастабильных аустенитных сталей при сохранении достаточного уровня пластичности.

Технический результат достигается тем, что в способе обработки аустенитных сталей в метастабильном состоянии, включающем ступенчатую интенсивную пластическую деформацию с понижением температуры проведения каждой последующей ступени, согласно изобретению ступенчатую пластическую деформацию проводят с понижением температуры в интервале 450-20°C с суммарной истинной степенью деформации 6-8 до получения полностью аустенитной нанокристаллической структуры.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Структура метастабильных аустенитных сталей представляет собой неустойчивый аустенит, который может претерпевать мартенситное превращение в результате обработки холодом или пластической деформации ниже мартенситной точки Мд. Свойства стали определяются соотношением количества аустенита и мартенсита в структуре. Используя одноступенчатую интенсивную пластическую деформацию при комнатной температуре можно сформировать нанокристаллическую структуру с размером зерна 60 нм, но при этом в процессе деформации образуется 74% мартенсита, что приводит к охрупчиванию материала (образцы при растяжении рвутся в упругой области). При проведении одноступенчатой интенсивной пластической деформации при температуре 450°C можно получить полностью аустенитное состояние, но размер зерна при этом составляет 125 нм, что способствует понижению предела прочности 1680 МПа (условный предел текучести 1640 МПа) при относительном удлинении 10%. Интенсивная пластическая деформация, проводимая в интервале температур 450-20°C по ступенчатому режиму с понижением температуры на каждом последующем этапе и суммарной истинной степенью деформации 6-8, понижает температуру появления мартенсита деформации, сдвигая ее в область отрицательных температур при одновременном измельчении зерна, что позволяет получить конечную структуру, содержащую 100%-ный аустенит, упрочненный за счет создания ультрамелкозернистой структуры.

Пример реализации способа

Закалку образцов стали 08Х18Н10Т осуществляли с температуры 1050±10°C в воду. Размер зерна аустенита составил 25 мкм. Деформацию кручением под высоким квазигидростатическим давлением (КВД) проводили при давлении 6 ГПа со скоростью 1 об/мин на образцах диаметром 20 мм и толщиной 1 мм по ступенчатому режиму с понижением температуры каждой последующей ступени в три этапа: Т_деф=450°C (3 оборота) → Т_деф=300°C (3 оборота) → Т_деф=20°C (4 оборота), при этом на каждом этапе происходило измельчение зерна при этих температурах: до 125 нм на первом этапе, до 85 нм на втором этапе и до 60 нм на третьем этапе. Суммарное количество оборотов равнялось 10, что соответствует истинной степени деформации на середине радиуса образцов ~7,4.

После обработки стали 08Х18Н10Т получили нанокристаллическую структуру со средним размером зерна 60 нм при комнатной температуре в полностью аустенитном состоянии (100%), поскольку последовательное уменьшение размера зерна при КВД способствовало уменьшению температуры появления мартенсита деформации и ее смещению в область отрицательных температур. Сталь после КВД имела предел прочности 1855 МПа, условный предел текучести 1820 МПа при относительном удлинении 4%.

Таким образом, предложенный способ обработки метастабильных аустенитных сталей позволяет получить нержавеющие стали с высоким уровнем прочностных свойств при достаточном уровне пластичности для их последующей обработки и использования.