Наукові та технологічні засади карбонітридного зміцнення легованих спеціальних сталей

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ФІЗИКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ

УДК 669.15.018.8

НАУКОВІ ТА ТЕХНОЛОГІЧНІ ЗАСАДИ КАРБОНІТРИДНОГО ЗМІЦНЕННЯ ЛЕГОВАНИХ СПЕЦІАЛЬНИХ СТАЛЕЙ

Спеціальність 05.16.01 - Металознавство та термічна обробка металів

АВТОРЕФЕРАТ

Дисертації

на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

ШИПИЦИН Сергій Якович

Київ - 2000



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Фізико-технологічному інституті металів та сплавів НАН України

Науковий консультант: член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук, професор Бабаскін Юрій Захарович, головний науковий співробітник ФТІМС НАН України, м.Київ

Офіційні опоненти: член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук, професор ОШКАДЬОРОВ Станіслав Петрович, завідувач відділу швидкісного термозміцнення сталей та сплавів Інституту металофізики ім. Г.В.Курдюмова НАН України, м.Київ

Доктор технічних наук. професор ТРОЦАН Анатолій Іванович, завідувач відділу мікролегування сталей Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича НАН України, м.Київ

Доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України ОПАЛЬЧУК Андрій Савович, завідувач кафедри технології конструкційних матеріалів і матеріалознавства Національного аграрного університету України, м.Київ

Провідна установа: Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України, м. Київ

Захист відбудеться 8 червня 2000р. о 10°° годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.232.01 Фізико-технологічного інституту металів та сплавів НАН України.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ФТІМС НАН України,

Автореферат розісланий 27 квітня 2000р.

Вчений секретар

спеціалізованої ради

доктор технічних наук, професор А.В.Чорновол



АНОТАЦІЯ

Шипицин С.Я. Наукові та технологічні засади карбонітридного зміцнення легованих спеціальних сталей. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.16.01 -металознавство та термічна обробка металів. Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України. Київ, 2000р.

З умов розчинності азоту в розплаві та твердіючому металі, термодинамічних, кінетичних і морфологічних параметрів розчинення та виділення нітридів визначено допустимі межі комплексного, економічного легування N, V, Nb, Ті мартенситних штампових та 13% хромистих, однофазних феритних хромистих та аустенітних хромонікелевих ливарних та деформівних сталей. Оптимальні межі легування визначені дослідженнями закономірностей впливу азоту та нітридних фаз і температурно-часових умов твердіння, гарячого деформування і термічних обробок на процеси кристалізації, формування дендритної структури, мартенситного перетворення, кінетику розпаду пересичених твердих і розчинів, морфологію фаз виділення у мартенситних, феритних і аустенітних сталях, механізми релаксації структурно-термічних напружень в однофазних феритних та аустенітних сталях, рівень їх механічних, службових та технологічних властивостей. Наслідком цього є розробка наукових і технологічних засад ефективного комплексного легування N, V, Nb, Ті спеціальних сталей мартенситного, феритного та аустенітного класів. Вони забезпечують зменшення витрат нікелю, молібдену, вольфраму, ванадію, ніобію та інших дефіцитних і з високою вартістю елементів, як за рахунок зниження їх вмісту у сталях, так і за рахунок підвищення довговічності виробів у експлуатації. легований сталь нітрид азот

Ключові слова: карбонітридне зміцнення, азот, нітридна фаза, комплексне легування, штампові, корозійностійкі, жароміцні сталі.



АННОТАЦИЯ

Шипицын С.Я. Научные и технологические основы карбонитридного упрочнения легированных специальных сталей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.16.01- металловедение и термическая обработка металлов. Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украиньї, Киев, 2000г.

Из условий растворимости азота в расплаве и затвердевающем металле, термодинамических, кинетических и морфологических параметров растворения и выделения нитридов определены допустимые пределы комплексного, экономичного легирования N, V, Nb, Ті мартенситных штамповых и 13% хромистых, однофазных ферритных хромистых и аустенитных хромоникелевых литейных и деформируемых сталей. Оптимальные пределы легирования установлены в результате исследования закономерностей влияния азота и нитридных фаз и температурно-временных условий затвердевания, горячей деформации и термических обработок на процессы кристаллизации, формирования дендритной структуры, мартенситного превращения, кинетику распада пересыщенных твердых и растворов, морфологию фаз выделения в мартенситных, ферритных и аустенитных сталях, механизмы релаксации структурно-термических напряжений в однофазных ферритных и аустенитных сталях, уровень их механических, служебных и технологических свойств. В результате разработаны научные и технологические основи зффективного комплексного легирования N. V, Nb, Ті специальных сталей мартенситного, ферритного и аустенитного классов. Они обеспечивают снижение расхода хрома, никеля, молибдена, вольфрама, ванадия, ниобия и других дефицитных и дорогостоящих злементов как за счет снижения их содержания в сталях, так и за счет повышения долговечности изделий в зксплуатации.

Наиболее существенные научные результаты работы. Предельная степень легирования азотом сталей, в том числе и аустенитных, кристаллизующихся в () кристаллической решетке, лимитируется растворимостью азота в затвердевающем металле, а в аустенитных, кристаллизующихся в -кристаллической решетке, -растворимостью азота в расплаве.

При оптимальном легировании N, V, Nb нитриды ванадия и ниобия в сталях имеют состав, близкий к стехиометрическому. Карбиды или карбонитриды зтих злементов выделяются только при малых степенях легирования азотом и значительном превышении содержания углерода над азотом.

Модифицирующее влияние легирования азотом и нитридообразующими елементами на формирование дендритной структуры связано, в основном, со снижением азотом линейной скорости кристаллизации и увеличивается по мере расширения интервала затвердевания и повышения скорости охлаждения.

Основное влияние на диспергирование мартенсита, повышение его твердости, снижение скорости самоотпуска и отпуска оказывают нерастворившиеся при аустенитизации нитриды ванадия, обеспечивающие уменьшение в 3-6 раз размеров аустенитного зерна и повышающие до 2 раз плотность первичных и вторичных дислокаций, твердорастворные азот и ванадий, снижающие на 40-50°С температуру М_н и уменьшающие диффузионную подвижность углерода.

Нитридная фаза ускоряет распад пересыщенных твердых растворов однофазных ферритных хромистых и хромоникелевых аустенитных сталей, диспергирует продукти распада (карбиды, карбонитриды и нитриды хрома), обеспечивает подавление их зернограничной сегрегации и статистически равномерное внутризеренное выделение, снижение скорости их роста и коагуляции. Основной механизм реализации зтих явлений связан с внутризеренным, дисперсним, равномерным распределением нитридных фаз и созданием ими зон эффективного диффузионного стока для элементов внедрения, которыми являются межфазные границы нитрид-матрица и зоны искаженной кристаллической решетки матрицы вокруг нитридов.

Оптимальное легирование азотом и нитридообразующими злементами обеспечивает диспергирование зерна микроструктурм однофазных ферритных хромистых и хромоникелевых аустенитных сталей при литье и высокотемпературных обработках, вследствие повышения нитридной фазой энергии активации миграции дислокаций, мало-, средне- и высокоугловых границ в аустенитных сталях и с уменьшением энергии активации зарождения центров рекристаллизации и торможения собирательной рекристаллизации в ферритных сталях.

Легирование азотом и нитридообразующими злементами влияет на механизм релаксации структурно-термических напряжений при распаде пересыщенных твердых растворов:

- в аустенитных сталях происходит смена процесса двойникования на полигонизацию с монотонным уменьшением субзерна по мере увеличения степени легирования;

в ферритных сталях влияние легирования экстремально. Только при оптимальном легировании отмечается смена двойникования на полигонизацию.

Это явление связано, в основном, с повышением нитридной фазой плотности внутризеренных дислокаций, снижением их подвижности и повышением напряжений II рода.

Впервые в теории и практике разработки и производства коррозионностойких однофазных ферритных сталей со стандартным содержанием примесей внедрения установлено, что подавление развития необратимого высокотемпературного охрупчивания металла при литье, горячей прокатке и сварке связано с формированием дисперсной субструктуры, что фактически на несколько порядков уменьшает эффективный размер зерна.

Ключевые слова: карбонитридное упрочнение, азот, нитридная фаза, комплексное легирование, штамповые, коррозионностойкие, жаропрочные стали.



ABSTRACT

S.Ya. Shypytsyn. Scientific and Technological Fundamentals of the Elaboration and Production of Economically Alloy Die, Corrosion Resistant and High-Temperature Steels with Carbide-Nitride Strengtnening. -Manuscript.

Dissertation Presented for a Doctor of Technical Sciences Degree on Speciality 05.16.01 - Metal Science and Heat Treatment of Metals. Physico-Technological Institute of Metals and Alloys of National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 2000.

From conditions of the nitrogen solubility in melt and solidifying metal, thermodynamic, kinetic and morphological paramiters of nitrides dissolution and precipitation there were determined permissible limits of complex, economical alloying N, V, Nb, Ti containing martensite die and austenite chromium-nicked casting and wrought steels. Optimum limits of alloying were ascertained as a result of investigation of regularities of the influence of nitrogen and nitride phases and temperature-temporal conditions of solidifying, hot deforming and heat treating on crystallization processes, forming the dendrite structure, martensite transforming, kinetics of the decomposition of supersaturated solid solutions, morpholody of presipitating pnases in martensite, ferrite and austenite steels, mechanisms of relaxation of structure-thermal stresses in single-phased ferrite and austenite steels, a level of their mechanical, service and technological properties. As a result scientific and technological fundamentals of effective complex alloying N, V, Nb, Ti containing special steels of martensite, ferrite and austenite classes have been devolped. The use of there steels ensures lowering the consamption of nickel, molibdenum, tungsten, vanadium, niobium and other scarce and expensive elements due to decreasing their content in steels as well as owing to the decrease of a durability of articles at the exploitation.

Keywords: carbide-nitride strengthening, nitrogen, nitride phase, complex allowing, die, corrosion resistant, high-temperature steels.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Конструкційні та спеціальні сталі складають матеріальну базу машинобудування. Вже сьогодні створено дуже широку номенклатуру високоякісних легованих сталей та продовжується розробка ще більш досконалих для експлуатації в екстремальних умовах підвищених статичних, динамічних, циклічних питомих навантажень, температур, агресивних середовищ, зносу.

Разом з тим, застосування цих сталей в світовому машинобудуваннi і, особливо, в умовах України, стає все більш проблематичним. Це пов'язано з постійно зростаючим дефіцитом i вартістю основних легуючих елементів, таких як нікель, вольфрам, молібден, кобальт, ніобій, ванадій та iншi.

Різними дослідниками, головним чином, у ФТІМС НАН України, розроблено оптимальні параметри комплексного легування азотом та ванадієм вуглецевих та низьколегованих конструкційних сталей, які забезпечують підвищення комплексу їx механічних, службових та технологічних властивостей більш ефективно, ніж традиційне легування молібденом, вольфрамом, нікелем.

Накопичений автором досвід показує, що i у випадку легованих спеціальних сталей комплексне легування азотом та активними нітридоутворюючими елементами (V, Nb, Ti) є ефективним методом підвищення усього комплексу їx властивостей при значному зменшенні легування нікелем, молібденом, вольфрамом, ванадієм, ніобієм. Однак, до постановки цієї роботи було відсутнє теоретичне та технологічне обгрунтування оптимальних меж комплексного легування азотом, ванадієм, ніобієм, титаном спеціальних сталей різних класів.

Насамперед, це відноситься до сталей інструментальних (штампових), корозійностійких та жароміцних, які з переліку спеціальних сталей найбільш масово застосовуються в машинобудуванні.

Робота, спрямована на створення теоретичних та технологічних засад розробки та застосування спеціальних сталей з карбонітридним зміцненням, була виконана в Інституті проблем лиття (з 1996р - Фізико-технологічний Інститут металів та сплавів (ФТІМС)) НАН України у період 1977-1998р.р.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація є узагальненням наукових досліджень i результатів, одержаних автором при виконанні науково-дослідних робіт за постановами Державних та директивних органів, у тому числі: Державної науково-технічної програми 07 "Машинобудівна продукція"; Республіканської науково-технічної програми РН.82.02.Ц "Матеріалоємність"; контрактів №91144/07-29-96 та № 97-92026/07-29-97 з Мінпромполітики України, темами по програмах ДКНТ та Міннауки України 5.43.07/092-92; 7.02.04/048-92; 7.02.04/089-92; 5.42.03/042-93; 5.42.08/143-93; 06.02.03/00ЗК-95; 04.03.02/002К-95; 4.3/25-94; 05.02/00490-97; 04.01/00502-97; темами НДР за планами HAH України 2.21.1.146, 0.16.05.18.182, 1.6.5.226, 1.6.5.302, 1.6.6.404.

При визначенні мети досліджень, їx методичному обгрунтуванні, критичному аналізі одержаних результатів велику допомогу автору надав консультант, член-кореспондент НАН України Бабаскін Ю.З., а у виконанні експериментальних досліджень та їx практичній реалізації допомогу автору надали співробітники відділу дисперсійно-зміцнюваних сплавів ФТІМС НАН України, керівники металургійних служб та працівники відповідних машинобудівних пiдприємств. Автор висловлює ім щиру подяку за надану допомогу.

Мета i задачі дослідження. Дослідження, аналз та теоретичне узагальнення впливу азоту та нітридних фаз на формування структури та властивостей середньо- та високолегованих спеціальних (інструментальних штампових, корозійностійких феритних i мартенситних, жароміцних) сталей та розробка теоретичних та технологічних засад створення та виробництва економнолегованих сталей з карбонітридним зміцненням.

Для досягнення поставленої мети досліджено, визначено та розроблено:

- допустимі межі легування азотом та нітридоутворюючими елементами, які визначені з умов розчинності азоту в рідкому та твердому металі, термодинамічних та кінетичних параметрів виділення та розчинення нітридів, морфологічних закономірностей їx виділення;

- механізм та закономірності впливу легування азотом i нітридоутворюючими елементами на процеси кристалізації, твердіння, формування дендритної структури сталей, які твердіють в ()- i -модифікаціях кристалічної гратки;

- механізми та закономірності впливу азоту i нітридних фаз на формування мікро- i субструктур мартенситних, феритних та аустенітних сталей, в тому числі, на формування мартенситу i структур його відпуску, процеси розшарування та розпаду пересиченого твердого розчину в однофазних феритних i аустенітних сталях, сегрегацію домішок, елементів i фаз, механізм релаксації структурно- термічних напружень при виділенні фаз проникнення;

- залежності механічних, службових та технологічних властивостей штампових, нержавіючих (13% хромистих), корозійно-стійких однофазних феритних (типу 08Х18Т), жароміцних аустенітних ( з 6 -24% нікелю) сталей від легування азотом i нітридоутворюючими елементами, структурного стану, хімічної i структурної неоднорідності металу;

- конкретні марки сталей з карбонітридним зміцненням вказаних класів та технології їx виплавки i термічної обробки.

Наукова новизна одержаних результатів. Встановлено, що верхня межа легування азотом мартенситних, однофазних феритних та аустенітних спеціальних сталей, які кристалізуються в ()-кристалічній гратці, лімітується його розчинністю в твердому металі, а аустенітних, які кристалізуються в - кристалічній гратці, - у розплаві. Верхня межа легування V, Nb, Ti, головним чином, лімітується закономірностями зернограничного та лікваційного виділення нітридів розмірами більш, як 5 мкм.

Вперше експериментально підтверджено, що при комплексному легуванні азотом та нітридоутворюючими елементами вирішальний модифікуючий вплив на дендритну структуру обумовлюється концентраційним ущільненням азотом фронту кристалізації, пов'заним з цим зменшенням лінійної швидкості кристалізації та зм1ною теплофізичних умов твердіння.

Ефективність модифікування азотом зростає з підвищенням швидкості охолодження, розширенням інтервалу твердіння та зменшенням коефіцієнту його розподілу за рахунок легування, який в аустенітних сталях додатково визначається впливом легування на температуру перетворення у інтервалі твердіння.

Закономірне зменшення розміру аустенітного зерна та підвищення щільності первинних та вторинних дислокацій при збільшенні кількості нітридів ванадію, які не розчинились при аустенітизації, зниження температури М_н із збільшенням в твердому розчині вмісту азоту та ванадію, зниження ванадієм дифузійної рухливості вуглецю забезпечує ефективне диспергування мартенситу та продуктів його розпаду, зниження швидкості зростання та коагуляції фаз виділення, підвищення температури піку дисперсійного зміцнення та зменшення швидкості втрати міцності при високому відпуску мартенситних легованих спеціальних сталей.

На основі аналізу залежностей впливу азоту i високотемпературних нітридних фаз на процеси розшарування i розпаду пересиченого твердого розчину, сегрегаційні процеси, формування мікро- та субструктури вперше встановлено механізм усунення незворотнього високотемпературного окрихчування високохромистого фериту високотемпературною нітридною фазою. Цей механізм пов'язаний із заміною механізму релаксації структурно-термічних напружень з двійникування на полігонізацію та з усуненням зерномежової сегрегації елементів та фаз проникнення.

Результати виконаних досліджень формування структури, механічних, технологічних та експлуатаційних властивостей забезпечили створення наукових та технологічних засад розробки нового покоління високоякісних економнолегованих спеціальних сталей та технологій їx виробництва.

Достовірність одержаних результатів гарантована застосуванням сучасних методів додослідження, обробки експериментальних даних та підтверджена успішною дослідно-промисловою перевіркою та впровадженням розроблених економнолегованих спеціальних сталей та технологій їx виробництва.

Практичне значения одержаних результатів. Розроблено марки спеціальних сталей з карбонітридним зміцненням та технології їx виробництва. Дослідно-промислові випробування та впровадження у виробництво показали значне підвищення експлуатаційної довготривалості виробів з них при суттєвому скороченні витрат дефіцитних та дорогих легуючих елементів. Так, заміна сталей 5ХНМ(Л) на сталі 5ХНМАФ(Л) підвищила довговічність молотових i пресових штампів в 1,6-2,5 рази, у тому числі при скороченні витрати молібдену на 2-3,5 кг/т. Сталь 5ХНМАФ(Л) впроваджено на підприємствах п/с А-3595 м.Челябінськ, Челябінському тракторному заводі, Херсонському заводі карданних валів, КП "Київтрактородеталь" та з ycnixoм випробувано у виробництві на підприємствах п/с А-3681 м.Волгоград, ВО "Буммаш" м.Іжевськ, п/с Г-9408 м.Каменськ-Уральський, п/с Р-6189 м.Верхня Салда, п/с В-2780 м.Красноярськ, ВО "Уралхіммаш", AT Ново-Краматорський машинобудівний завод. Заміна сталей 45ХЗВЗМФС, 40Х5МФ1С та інших на З0Х6МАФЛ - підвищила довговічність важконавантажених пресових штампів та прес-форм в 2-2,5 рази при скороченні сумарних витрат вольфраму, молібдену та ванадію на 30-50 кг/т. Сталь З0Х6МАФЛ впроваджена на Херсонському заводі карданних валів, КП "Київтрактородеталь" та з успіхом випробувана у виробництві на київських КіДАЗ "Авіант" та ВО "Арсенал". Заміна сталі 20Х13Л на сталь 20Х1ЗАФЛ майже в 2 рази підвищила довговічність робочих кoлic насосів для перекачки грунтових сірководневих вод. Сталь 20Х1ЗАФЛ впроваджена на Тульському збройному заводі та з ycnixoм випробувана у виробництві на Сумському МНВО ім. Фрунзе та ВО "Нижнєвартовськ-нафта". Розроблена корозійно-стійка феритна сталь 04Х18АФ за службовими i технологічними властивостями практично не поступається перед аустенітними сталями типу Х18Н12Т. Вона з ycnixoм випробувана на Сумському МНВО ім.Фрунзе.

Жароміцні аустенітні сталі з карбонітридним зміцненням підвищують в 2-5 разів експлуатаційний ресурс оснастки термічного та випалювального обладнання при зменшенні на 20-170 кг/т витрат нікелю. Сталь З0Х18Н18АФБЛ впроваджена на Челябінському тракторному заводі, сталі З0Х24Н10АТС2Л та З0Х23Н7АТС2Л прийняті МВК та впроваджені на Куйбишевському сталеливарному заводі, сталь 40Х25Н19С2АФТЛ з успіхом випробувана на ВО КамАЗ.

Особистий внесок здобувача полягае в тому, що будучи ініціатором, керівником та відповідальним виконавцем роботи, він брав безпосередню участь у розробці методик, виконанні розрахунків та експериментів, аналізі та обробці експериментальних даних. Узагальнення одержаних результатів, написання статей у співавторстві виконувалось під керівництвом та при безпосередній участі автора. Основні наукові та теоретичні положення, подані у дисертації, розроблені автором особисто. Освоєння та впровадження у виробництво розроблених сталей та технологій здійснювалось при безпосередній активній участі автора спільно з співробітниками відділу ФТІМС та працівниками відповідних підприємств.

Апробація результатів дисертації. Включені у дисертацію результати досліджень доповідались на міжнародних, загальносоюзних та Українських конференціях: "Друга конференція по високоазотистих сталях" (Київ, 1992р.); "Третя міжнародна конференція - Високоазотисті сталі - HNS93" (Київ, 1993), Світовий конгрес ливарників" (Беінг, Китай, 1995р.), Семінар Європейської комісії ООН "Нові матеріали та їx застосування у машинобудуванні" (Київ, 1992р.); Восьмий семінар з міжнародною участю "Розробка, виробництво та застосування інструментальних сталей та сплавів" (Київ, 1998р.) та ще на 23 всесоюзних та українських науково-технічних конференціях протягом 1978-1998рр.

Публікації. Зміст роботи опубліковано в одній монографії (у співавторстві), 67 наукових працях, в тому числі, 6 без співавторів, новизна i оригінальність розробок захищені 37 авторськими свідоцтвами СРСР та патентами України. Основні публікації, авторські свідоцтва та патенти наведені у списку опублікованих матеріалів (див.нижче).

Структура i обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 273 сторінках тексту, 115 малюнках i 57 таблицях, складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку літератури з 230 назв i 31 додатка на 112 сторінка.

ОСНОВНИЙ 3MICT РОБОТИ

У встyni обгрунтовано актуальність i доцільність виконання роботи, викладено мету i задачі досліджень, визначено наукову новизну i практичну значимість виконаної роботи.

У першому розділі визначені допустимі межі комплексного легування спеціальних сталей N, V, Nb, Ti, виходячи з умов оптимальної кількості, переважно внутризеренного, статистично pівномірнoro, дисперсійного виділення нітридів розмірами тисячні та соті долі мiкрона без наявності сегрегаційних та лікваційних нітридів та їx скупчень розмірами більш як 5 мкм, а також за умови максимального зменшення відносної до азоту кількості V, Nb, Ti, що знижує собівартість легування.

Встановлено, що допустима межа легування N сталей, які твердіють у () -кристалічній гратці, лімітується розчинністю азоту в твердіючому металі, а аустенітних, які твердіють в - кристалічній гратці - в розплаві. Ця межа для мартенситних сталей типу 5ХНМА становить 0,025%N, типу З0Х6МФА - 0,11%N, типу (20-40)Х13А -0,12%N; для однофазних феритних типу 08Х18А - 0,16%N, для аустенітних з співвідношенням хромового та нікелевого еквівалентів E_Cr/E_Ni 1,27-0,17% N та E_Cr/E_Ni< 1,27 - більш як 0,25%N.

Вплив співвідношення хромового та нікелевого еквівалентів на розчинність азоту в аустенітних сталях пов'язаний із зміною типу кристалічної гратки твердіючого металу.

Аналітичними розрахунками та експериментальними дослідженнями визначено термодинамічні та кінетичні параметри розчинення та виділення нітридів ванадію та ніобію в середньо- та високолегованих штампових, 13% хромистих феритних i мартенситних, 17-30% хромистих однофазних феритних корозійно-стійких та хромонікелевих аустенітних жароміцних сталях.

Встановлено, що головний вплив на термодинамічні та кінетичні параметри фазового перерозподілу N та V, МЬ мають тип кристалічної ґратки матриці та вміст хрому в сталях. Термодинамічна стійкість VN та NbN знижується, головним чином, із збільшенням вмісту хрому в сталях та при зміні типу кристалічної ґратки матриці з на .

Швидкість розчинення VN та NbN при аустенітизації чи гомогенізації сталей збільшується з підвищенням дифузійної рухливості V та Nb при зменшенні, головним чином, вмісту хрому в сталях та при зміні типу кристалічної ґратки матриці з на .

Встановлено, що при допустимих межах легування N, V, Nb, можливих у промислових умовах температурах аустенітизації, гомогенізації необхідні параметри розчинення нітридів досягаються при допустимих у промисловості часових параметрах.

Так, для середньолегованих штампових сталей типу 5ХНМ при температурах аустенітизапії 900-1000°С час досягнення фазової рівноваги становить 1-10 годин, для 13% хромистих при 1000-1150°С - 0,5-5 годин, для однофазних феритних типу 08Х18АФ при 1100-1300°С - 0,5-1 година, для аустенітних хромонікелевих при 1070-1250^оС - 1-4 години.

При вивченні процесів виділення нітридів встановлено, що у всіх досліджуваних спеціальних сталях присутні дві групи часток, які відрізняються розмірами. Дисперсні мають розмір 0,001- 0,120 мкм у мартенситних і аустенітних сталях та 0,01-2,00 мкм - у феритній. Встановлено чітку закономірність збільшення розміру дисперсних часток при зростанні ступеню легування N. V, Nb, та збільшенні дифузійної рухливості елементів при зміні від - до - кристалічної ґратки металу. Встановлено, що дисперсні нітриди виділяються внутрішньозеренно гомогенно чи гетерогенно на дислокаціях та малокутових границях, а великі - гетерогенно на висококутових границях чи в зонах лікваційного скупчення N та V, Nb.

Великі частки мають розмір до 5,5 мкм в мартенситних сталях, до 10,5 мкм в аустенітних і до 10,0 мкм в феритній. Їх розмір збільшується, головним чином, з підвищенням вмісту N, V, Nb, що приводить до підвищення температури рівноважної розчинності нітридів зі збільшенням швидкості охолодження металу після твердіння, що затруднює високотемпературну гомогенізацію, та зі зниженням вмісту нікелю в аустенітних сталях, що приводить до зростання ліквації елементів.

Найбільш сприятливі умови для гомогенного чи гетерогенного внутрішньозеренного виділення нітридів досягаються при відпуску загартованих мартенситних та старінні гомогенізованих аустенітних сталей.

При наявних для умов виробництва сталей швидкостях охолодження металу після твердіння (5-300°С/хвил), після гарячого деформування від 1150-1200°С (0,3-80°С/хвил), при гартуванні мартенситних (50-400°С/хвил), після зварювальних нагрівів феритних (250-500°С/хвил) усунення появи сегрегаційних та лікваційних нітридів V та Nb розмірами більш як 5мкм досягається при легуванні V та Nb в кількостях не більш (% мас.долі): у мартенситних типу 5ХНМАФ(Л) - 0.15V, типу З0ХбМАФ(Л) - 1,5V; типу (20-40)Х13АФЛ -0,35V; однофазних феритних типу 08Х18А(Ф, Б) -0,9V та 0,7Nb, аустенітних типу З0Х24Н(12-24)С2А(Ф, Б)Л -1,4V та 0,6Nb.

Максимальна межа легування титаном феритних і аустенітних сталей не перевищує 0,15%, бо більше легування призводить до появи великих нітридів та їх скупчень розмірами до 100-200 мкм, які формуються у розплаві і не розчиняються при термічних обробках.

При максимально допустимому легуванні N, V, Nb, Ті та допустимих у виробництві температурно-часових режимах високого відпуску, старіння, стабілізації в сталях виділяється: мартенситних -до 59% VN з переважною дисперсністю тисячні та соті долі мікрону; однофазних феритних - до 49% VN і 86% NbN з переважною дисперсністю десяті долі мікрону; аустенітних у литому стані - до 15% VN і 53% NbN та після гомогенізації і старіння - до 33% VN і 56% NbN з переважною дисперсністю тисячні та соті долі мікрону і аустенітних та феритних - до 95% TiN з переважною дисперсністю 0,1-3,0 мкм.

При оптимальному та допустимому легуванні сталей N, V, Nb склад нітридів наближається до стехіометричного з параметрами кристалічної ґратки: VN: а = 0,4138нм; NbN: а = 0,2953нм, с = 1,1239нм; с/а == 3,805. Виділення карбідів, чи карбонітридів цих елементів має місце тільки при малому вмісті азоту і значному перевищенні вмісту вуглецю над вмістом азоту.

При комплексному легуванні N, V, Nb, Ті практично не змінюється склад та масова кількість карбідних фаз, крім сталі 08Х18Т, у якій замість карбіду Cr₂₃C₆ виділяються карбонітриди і нітриди хрому Сг₂(С, N), Сг₂N.

У другому розділі наведено результати теоретичного аналізу та експериментального дослідження впливу азоту та нітридоутворюючих елементів на процеси кристалізації, твердіння та формування дендритної структури.

Методом термічного аналізу зливків масою 2кг встановлено, що легування N в комплексі з V практично не впливає на швидкість просування ізотерми солідусу Vс, яка відповідає лінійній швидкості та загальній тривалості твердіння виливків.

В той же час при інших однакових умовах таке легування супроводжується різким, пропорційним вмісту азоту, зменшенням швидкості просування ізотерми ліквідуса в зоні стовпчатої кристалізації Vл в сталях, які твердіють в - модифікації кристалічної ґратки.

При цьому Vл практично дорівнює лінійній швидкості кристалізації Vкр.

Прямим експериментом та аналітичними розрахунками показано, що з таких факторів, як температурний інтервал твердіння Тз, швидкість охолодження V_охол., хімічний склад та тип кристалічної ґратки твердої фази вирішальний вплив на V_кр. здійснюють фактори, які впливають на інтенсивність накопичення азоту на фронті кристалізації. Так, при кристалізації в - кристалічній гратці вирішальний вплив на V_кр мають швидкість охолодження та хімічний склад, в основному, вміст хрому, як видно на рис.5 по зміні коефіцієнту розподілу К_о, коефіцієнту дифузії азоту в розплаві D_N та його градієнту С.

У випадку аустенітних сталей, які кристалізуються у -кристалічній гратці, модифікуючий вплив азоту та нітридоутворюючих елементів практично не виявляється, бо коефіцієнт їх розподілу при цьому наближається чи більше одиниці. Він виявляється тільки при такому вмісті феритоутворюючих елементів V, Nb, Ті, який приводить до кристалізації в - кристалічній гратці і тим значніше, чим більш ефективне зниження температури початку перетворення в інтервалі твердіння.

Встановлено, що механізм модифікування дендритної структури при легуванні азотом та нітридоутворюючими елементами полягає у зменшенні азотом швидкості виділення питомої теплоти кристалізації внаслідок зменшення лінійної швидкості кристалізації. В умовах постійного зовнішнього тепловідводу це компенсується збільшенням швидкості зняття перегріву розплаву та збільшенням поверхні фронту кристалізації шляхом зменшення міжгілкових відстаней у дендритах. При цьому досягається зниження температурного градієнту, що забезпечує на більш ранній стадії твердіння розвиток концентраційного переохолодження, достатнього для зупинки стовпчатої кристалізації та збільшення швидкості зародження центрів кристалізації у зоні неорієнтованих дендритів.

Встановлено, що ефективність реалізації розглянутого механізму модифікування азотом збільшується з розширенням інтервалу твердіння та залежить від швидкості охолодження, яка лімітує умови накопичення азоту на фронті кристалізації. Наприклад, для сталі 20Х13(АФ)Л критичною є швидкість охолодження 10-15°С/хв, якій відповідає лінійна швидкість кристалізації 4-6 мм/хв. При більш низьких швидкостях охолодження модифікуючий ефект губиться, а при більших - послідовно зростає. При цьому модифікуюча ефективність азоту відповідає підвищенню швидкості охолодження в 4-6 разів.

Встановлено, що модифікування азотом дендритної структури сталей, які кристалізуються в - кристалічній гратці, однозначно супроводжується суттєвим в 1,3-3 рази зменшенням хімічної та структурної дендритної неоднорідності, в основному, за рахунок поліпшення умов дифузійного вирівнювання концентрації елементів при охолодженні металу після твердіння внаслідок зменшення міжгілкових відстаней в дендритах.

У випадку аустенітних сталей, які кристалізуються в - чи - -кристалічних ґратках, розвиток хімічної та структурної дендритної неоднорідності екстремально залежить від абсолютної кількості та співвідношення кількостей азоту та нітридоутворюючих елементів. Легування тільки останніми закономірно збільшує неоднорідність, що пов'язано з різким зменшенням коефіцієнту перерозподілу елементів проникнення при зміні типу кристалічної ґратки твердої фази з на в інтервалі твердіння, а також із зменшенням дифузійної рухливості елементів проникнення в аустеніті. Легування одним азотом практично не впливає на хімічну та структурну неоднорідність при твердінні в - кристалічній гратці та закономірно її зменшує при твердінні в - - кристалічній гратці. При сумісному легуванні азотом та нітридоутворюючими елементами зменшення хімічної та структурної неоднорідності досягається тільки у випадку, коли вплив азоту та нітридоутворючих елементів на диспергування дендритної структури і ефективність гомогенізації перевищує вплив нітридоутворюючих елементів на зниження коефіцієнтів перерозподілу та дифузійну рухомість елементів проникнення.

У третьому розділі розглянуто якісні та кількісні залежності впливу твердорозчинного азоту та нітридних фаз на процеси формування та трансформації мікро- і субструктури легованих спеціальних сталей.

Так, при дослідженні мартенситних сталей встановлено, що при кількості нітридів ванадію, які не розчинились при аустенітизації, менше ніж 0,08-0,10% мас. долі твердорозчинний азот підвищує стійкість аустеніту до розпаду в перлітній зоні, а при більших кількостях - нітриди ванадію її знижують. Однак, при максимально допустимому легуванні N і V зниження стійкості аустеніту до розпаду не досягає значень для стандартних сталей.

Розміри пакетів рейкового мартенситу при збільшенні легування N та V закономірно зменшуються у 2,0-2,5 рази відповідно зменшенню в 3-6 разів розмірів аустенітного зерна за рахунок збільшення до 0,12-0,18% мас.долі нітридів ванадію, які не розчинились при аустенітизації, а ширина рейок мартенситу екстремально змінюється відповідно екстремальній зміні температури початку мартенситного перетворення М_н.

Її зниження на 40-50°С пов'язано з твердорозчинними азотом та ванадієм, а підвищення до рівня, близького до значень стандартних сталей, - зі зниженням термодинамічної стійкості аустеніту нітридною фазою при її кількості, яка перевищує 0,08-0,10% мас.долі.

При збільшенні легування N і V підвищення твердості мартенситу на 3-4 НRС у штампових та 10-13НRС у 13% хромистих сталях пов'язано, як із збільшенням кількості твердорозчинного азоту, так і з диспергуванням мартенситу, а її зменшення при температурах аустенітизації, які близькі до температури рівноважної розчинності нітридів - із збільшенням розмірів пакетів мартенситу та збільшенням кількості залишкового аустеніту.

Зниження інтенсивності самовідпуску мартенситу, швидкості виділення, зростання та коагуляції цементиту та спеціальних карбідів при відпуску мартенситних сталей, легованих N і V, пов'язано, головним чином, зі зниженням температури М_н та зменшенням ванадієм дифузійної рухливості вуглецю. А підвищення до 20 НRС твердості відпущенного мартенситу та на 80 -100°С температури відпуску на однакову твердість, які досягаються при цьому, пов'язано не тільки з диспергуванням фаз виділення, але і з підвищенням до 2 разів щільності первинних та вторинних дислокацій.

Експериментально встановлено, що при оптимальному легуванні однофазних феритних хромистих та аустенітних хромонікелевих сталей присутність в їх матриці, яка пересичена вуглецем та карбідоутворюючими елементами, дисперсних внутрішньозеренних нітридів V, Nb, Ті в 3-4 рази збільшує швидкість розпаду твердого розчину в термокінетичних умовах. При цьому, як в термокінетичних, так і ізотермічних умовах розпаду досягається диспергування та внутрішньозеренне виділення карбідних фаз при усуненні їх зерномежової сегрегації та зменшенні в 1,5-3,0 рази швидкості їх зростання та коагуляції.

Встановлено, що вирішальний вплив на термокінетичні та топографічні параметри розпаду твердого розчину має співвідношення поверхні міжзеренних та міжфазних матриця - нітридна частка границь, а також об'ємів зон з викривленою кристалічною граткою біля них, які є ефективними дифузійними стоками елементів проникнення.

Наприклад, при оптимальному легуванні однофазних феритних хромистих сталей поверхня міжфазних границь перевищує на два порядки поверхню міжзеренних границь, а об'єм зон з викривленою граткою біля часток перевищує на три порядки об'єм зон біля міжзеренних границь.

Встановлено, що при легуванні азотом спільно з ванадієм та ніобієм саме високотемпературне виділення нітридної фази визначає розмір та механізм формування зерна первинної мікроструктури в однофазних хромонікелевих аустенітних та хромистих феритних сталях. В стандартних сталях та при легуванні тільки азотом границі зерен мікроструктури, в основному, співпадають з міждендритними. їх форма і розмір змінюються відповідно зміні параметрів дендритної структури під впливом азоту.

При цьому визначено, що як і у випадку аустенітних сталей, що виявив раніше Ю.З.Бабаскін, так і в однофазних феритних хромистих сталях формування границь первинного мікрозерна відбувається за механізмом виникнення багаторядних малокутових границь, їх міграції та злиття в середньо- та висококутові границі та міграції цих границь. Різниця між аустенітними та феритними сталями полягає тільки у температурі процесу: для аустенітних це 1300-1000^oС, а для феритних - Т_с - 1400^oС.

При комплексному легуванні азотом та нітридоутворюючими елементами порушується співпадання між дендритною та первинною мікроструктурою. У випадку однофазної феритної сталі вже при вмісті в матриці 0,15-0,16% мас.долі високотемпературної нітридної фази розміром 0,5-1,5 мкм відбувається формування дрібних рекристалізованих зерен по всьому перерізу виливка. У випадку аустенітної сталі закономірність зміни розміру первинного зерна аустеніту екстремальна. По мірі збільшення вмісту азоту та нітридоутворюючого елементу розмір зерна зменшується внаслідок появи вільно орієнтованих мало- та середньокутових границь, а потім збільшується внаслідок усунення їх формування при вмісті високотемпературної нітридної фази більш, як 0,15-0,20% мас.долі дисперсністю 0,01-0,10 мкм.

Аналіз одержаних експериментальних результатів дав можливість зробити висновок, що зміна мікроструктури аустенітних сталей в основному пов'язана із збільшенням енергії активації міграції дислокацій, мало-, середньо- та висококутових границь нітридною фазою, а у випадку однофазних хромистих феритних сталей - із зменшенням енергії активації зародження центрів рекристалізації та гальмування збиральної рекристалізації. Також ефективно, пропорційно кількості нітридної фази, відбувається гальмування збиральної рекристалізації при гомогенізації аустенітних та зварювальному нагріванні феритних сталей. Наприклад, при нагріванні феритної сталі до передсолідусних температур максимальне легування азотом та ванадієм, ніобієм і ТіN більш ніж на порядок зменшує розмір зерна фериту.

Встановлено, що при інтенсивному розпаді пересиченого твердого розчину стандартних однофазних хромистих феритних сталей при охолодженні після твердіння виливка, гарячій прокатці, зварюванні та наступних стабілізаційних нагріваннях, а також хромонікелевої аустенітної сталі при старінні після гомогенізації структурно-термічні напруження релаксуюються, в основному, двійникуванням.

У випадку комплексного легування сталей N, V, Nb, яке забезпечує перед розпадом твердого розчину наявність в структурі дисперсної нітридної фази в кількостях 0,2-0,3% мас.долі для феритної і більш ніж 0,2% мас. долі для аустенітної, відбувається зміна механізму релаксації напружень з двійникування на полігонізацію. При цьому, для феритної сталі встановлено екстремальний характер впливу кількості нітридної фази на цей процес. При її кількості більш ніж 0,4% мас. долі знову фіксується процес двійникування, який відрізняється від першого випадку на порядок більшою кількістю та меншими розмірами двійників.

Одержані експериментальні результати дозволили прийти до висновку, що вплив дисперсних нітридів ванадію та ніобію на механізм релаксації напружень пов'язаний, в основному, з підвищенням щільності внутрішньозеренних дислокацій, зниженням їх рухомості та підвищенням напружень ІІ роду.

У четвертому розділі розглянуто питання впливу структурного стану та режимів термічної обробки на механічні, службові та технологічні властивості легованих N, V, Nb, Ті спеціальних сталей.

На основі встановлених закономірностей термодинаміки та кінетики розчинення - виділення нітридванадієвої фази, її впливу на формування дендритної, мікро- і субструктури, а також з умови максимального зниження собівартості легування, визначили актуальність дослідження двох головних типів базових штампових сталей з карбонітридним зміцненням: 5ХНМАФ(Л) для середніх та великих молотових та пресових штампів та ЗОХбМАФ(Л) - для невеликого важконавантаженого пресового інструменту.

Встановлено, що при оптимальних системах легування та режимах термічної обробки, внаслідок покращення характеристик структури, у тому числі зменшення хімічної ї структурної неоднорідності та дисперсійного нітридного зміцнення забезпечується підвищення на 150-200 МПа міцності при кімнатних температурах та більш як у два рази при температурах експлуатації, зменшення з 0,7-0,9 до 0,5-0,7 НRС / годину швидкості втрати твердості при температурах 580-650°С, підвищення більш як у два рази термостійкості та на 30-40% гарячої зносостійкості при підвищенні у 1,7-6,0 разів ударної в'язкості сталей 5ХНМАФ(Л) та З0Х6МАФЛ. У випадку сталі З0ХбМАФ(Л) досягається підвищення високотемпературної міцності та теплостійкості, близьке до того, яке має місце при сумарному легуванні W, Мо, V в кількості 4-5%. Встановлено також, що оптимальне легування N та V підвищує технологічні властивості: рідкоплинність, тріщиностійкість, гарячу плинність, прогартовуваність та схильність до поверхневого хіміко-термічного зміцнення до рівня, який перевищує рівень у стандартних сталях типу 40Х5МФ1С(Л), 45ХЗВЗМФС(Л) та інші.

Виконані дослідження дозволили встановити оптимальні межі легування 13% хромистих мартенситних сталей азотом та ванадієм і режими їх термічної обробки, які забезпечують комплексне диспергування дендритної структури, мікроструктури, зниження хімічної та структурної неоднорідності металу виливків та додаткове дисперсійне нітридне зміцнення.

Встановлено, що рівень покращання структурних характеристик, який досягається, забезпечує при мінімальній витраті легуючих елементів підвищення:

- властивостей міцності при підвищенні вмісту вуглецю з 0,20 до 0,40% з 24% до 56% при збереженні плинності та підвищенні до двох разів ударної в'язкості;

- на 30-50% Дж/см² ударної в'язкості при температурах до 40°С нижче нуля;

- при температурах 500-550°С часу до руйнування при = 220 МПа з 47 до 846 годин та граничної межі втомленості, на базі 10⁷ циклів, - з 228 до 297 МПа;

- зносостійкості при абразивному, гідроабразивному та контактному зношуванні в 2-3 рази при високотемпературному відпуску та до 6 разів - при низькотемпературному;

- корозійної стійкості в 35% розчині азотної кислоти та в водному сірководневому розчині з йонами хлору на 40% при низькотемпературному відпуску та до 5 разів - при високотемпературному.

На відміну від традиційних методів легування 13% хромистих мартенситних сталей оптимальне легування азотом і ванадієм не тільки не знижує, але й істотно покращує технологічні властивості металу, в тому числі, рідкоплинності, стійкості до розвитку гарячих та холодних тріщин та макро - і мікроусадочних дефектів.

Відомо, що однофазні феритні хромисті стандартні сталі типу 08Х18Т не поступаються хромонікелевим аустенітним за корозійною стійкістю в більшості агресивних середовищ. Однак їх застосування обмежується внаслідок незворотнього окрихчування при литті, гарячому деформуванні та зварюванні.

Високотемпературне окрихчування феритних хромистих сталей пов'язують з зерномежовою сегрегацією елементів та фаз проникнення, незворотним ростом зерна фериту, твердорозчинним та дисперсійним зміцненням фериту. Воно не усувається відомими методами модифікування, легування та термічної обробки і пояснюється тим, що при цьому не досягається комплексного усунення вказаних структурних станів, які окрихчують високохромистий ферит. Тільки при дуже глибокому рафінуванні, яке забезпечує зниження сумарного вмісту елементів проникнення до тисячних частин відсотка, що нижче межі їх розчинності в фериті, досягається повне усунення високотемпературного окрихчування.

Встановлено, що легування азотом, ванадієм, ніобієм забезпечує при гарячій прокатці, а також в зоні термічного впливу зварювання після стабілізаційного нагрівання комплексне усунення зерномежової сегрегації елементів та фаз проникнення, незворотнього зростання феритного зерна, критичного ступеня твердорозчинного та дисперсійного зміцнення. Однак, це не приводить до однозначного усунення високотемпературного окрихчування.

Вперше встановлено, що необхідною додатковою умовою усунення високотемпературного окрихчування високохромистого фериту є формування при підвищених температурах комірчастої субструктури, яке забезпечує різке, на кілька порядків, зменшення розміру ефективного зерна.

Обгрунтовано оптимальні межі легування азотом, ванадієм, ніобієм та режими термічної обробки, які забезпечують зниження температури в'язко-крихкого переходу з 150-200°С до 20-40°С нижче нуля.

Оптимальне легування підвищує на 30- І00 МПа властивості міцності (_в= 510-550 МПа, s =330-360 МПа) при збереженні високого рівня плинності ( = 24-27%, = 50-60%) та підвищенні з 5-10 Дж/см² до 100-120 Дж/см² ударної в'зкості в гарячекатаному товстому листі та в зоні термічного впливу зварювання.

Сталь з оптимальним легуванням перевищує за корозійною стійкістю стандартні сталі типу 08Х18Т та не поступається хромонікелевим аустенітним типу Х18Н12Т, крім випадку агресивних середовищ, які містять одночасно йони сірки, хлору та водню.

Найбільш металоємною галуззю застосування хромонікелевих жароміцних сталей є виробництво оснастки термічного та випалювального обладнання в машинобудуванні, цементній, глиноземній та агломераційній промисловості.

В залежності від умов експлуатації оснастки (температури, навантаження та теплозмін) застосовуються сталі з вмістом нікелю від 7 до 36% .

Встановлено, що одним з найбільш ефективних за техніко-економічними показниками методів покращення властивостей жароміцних сталей є легування N. V, Nb, Тi. Визначено оптимальні межі легування: N - до межі його розчинності в твердіючому металі, V- до 0,4%, Nb до 0,6% та Ті - до 0,2%. Таке легування істотно підвищує нікелевий еквівалент, забезпечує формування аустенітної матриці при нижчому на 60-170 кг/т вмісті нікелю, підвищує температурно-часову стабільність аустеніту, зниження дендритної неоднорідності та переважне внутрішньозеренне виділення дисперсійної карбідної, карбонітридної та нітридної фаз при експлуатації, а також підвищення їх стійкості до коагуляції.

Аналіз одержаних в лабораторних та промислових умовах експериментальних даних показує, що досягнута зміна параметрів структури забезпечує підвищення основного комплексу експлуатаційних властивостей, таких, як довготривала міцність, термостійкість, зносостійкість при підвищених температурах при збереженні жаростійкості. Наприклад, в залежності від вмісту нікелю у трьох досліджених базових складах жароміцних сталей з 12; 18 та 24% рівень підвищення експлуатаційних властивостей відповідно складає: жароміцності ( по часу до руйнування) - 3; 3 та 2 рази, а термостійкості - на 35; 90 та 60%.

У п'ятому розділі наведено результати дослідно-промислового випробування та впровадження розроблених сталей з карбонітридним зміцненням.

Сталь 5ХНМАФ(Л) забезпечила на Челябінському тракторному заводі, підприємствах п/с В-2780 (м.Красноярськ), Херсонському заводі карданних валів, Ново-Краматорському машинобудівному заводі, КП "Київтрактородеталь" та інших підвищення довговічності середніх та великих штампів в 1,5-4,0 рази при заміні сталі 5ХНМ(Л), а сталь З0Х6МАФЛ на Херсонському заводі карданних валів, КП "Київтрактородеталь", Київських ВО "Арсенал" та КиДАЗ "Авіант" -довговічності важконавантажених пресових штампів та пресформ лиття під тиском у 2-4 рази при заміні сталей 45ХЗВЗМФС, 40Х5МФ1С.

Розроблено технології виробництва штампових "кубиків" при виплавці сталі в мартенівських та дугових електропечах, литих заготовок - в установках електрошлакового лиття, штампів з литою гравюрою - в індукційних електропечах, які забезпечують стабільну високу якість інструменту із сталей з карбонітридним зміцненням.

Розроблено сталь 20Х1ЗАФЛ, технології її виплавки в індукційних печах, розливання, умови охолодження виливків у формах та режими термічної обробки виливків.

Сталь 20Х1ЗАФЛ було випробувано у промислових умовах на Сумському МНВО ім.Фрунзе для виготовлення литих робочих коліс відцентрових насосів для ґрунтових вод. Натурні випробування насосів з робочими колесами з розробленої сталі показали підвищення їхньої довговічності з 8700 до більш ніж 13000 годин. При цьому контрольна перевірка насосів підтвердила можливість подальшої їх експлуатації.

...