ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА МИКРОСТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ ЭК-164

Хромоникелевая аустенитная сталь ЭК-164 обладает хорошей пластичностью, коррозионной стойкостью и эффективным сопротивлением радиационному распуханию по сравнению с другими сталями такого класса. В настоящее время сталь ЭК-164 применяется в качестве одного из основных материалов для изготовления оболочек тепловыделяющих элементов реакторов. Для строительства новых реакторов на быстрых нейтронах требуется усовершенствование (повышение прочности) существующих конструкционных материалов ядерной энергетики. В работе исследовано влияние температуры пластической деформации на особенности микроструктуры и механические свойства аустенитной стали ЭК-164. Предложен способ модификации микроструктуры и механических свойств аустенитной стали с использованием пластической деформации при различных температурах. Определены особенности микроструктуры и механизмы деформации, обеспечивающие повышение прочностных свойств стали в условиях прокатки. Показано, что в процессе холодной деформации ε≈30 % в микроструктуре стали развивается механическое двойникование (преимущественно по двум системам). В местах пересечения микродвойников не обнаружено образование мартенситных фаз, что свидетельствует о стабильности аустенита по отношению к фазовым превращениям в процессе деформации указанной стали. Низкотемпературная деформация с предварительным охлаждением в жидком азоте ε≈50 % приводит к более интенсивному двойникованию (двойники по нескольким системам) и способствует развитию локализации деформации в микродвойниковой структуре. При этом локализация деформации развивается преимущественно в местах с высокой плотностью микродвойников. В процессе теплой деформации при 600 °C, ε≈60 % исходные аустенитные зерна фрагментируются с образованием субмирокристаллических пластин искривленной формы, имеющих как малоугловые, так и высокоугловые границы разориентации. Полученные в результате пластической деформации структурные состояния обеспечивают значительное (≈2-5 раз) повышение прочностных свойств стали.

аустенитная сталь, сталь ЭК-164, прокатка, холодная деформация, низкотемпературная деформация, теплая деформация, полосы локализации деформации, механическое двойникование

1. Sabirov I., Enikeev N.A., Murashkin M.Yu., Valiev R.Z. Bulk nanostructured materials with multifunctional properties. Luxembourg: Springer, 2015. 118 p.

2. Krawczynska A.T., Suchecki P., Adamczyk-Cieslak B., Romelczyk-Baishya B., Lewandowska M. Influence of high hydrostatic pressure annealing on the recrystallization of nanostructured austenitic stainless steel // Materials Science and Engineering A. 2019. Vol. 767. P. 138381.

3. Dobatkin S.V., Rybalchenko O.V., Enikeev N.A., Tokar A.A., Abramova M.M. Formation of fully austenitic ultrafine-grained high strength state in metastable Cr-Ni-Ti stainless steel by severe plastic deformation // Materials Letters. 2016. Vol. 166. P. 276-279.

4. Odnobokova M., Belyakov A., Kaibyshev R. Grain refinement and strengthening of austenitic stainless steels during large strain cold rolling // Philosophical Magazine. 2019. Vol. 99. P. 531-556.

5. Shen Y.F., Jia N., Wang Y.D., Sun X., Zuo L., Raabe D. Suppression of twinning and phase transformation in an ultrafine grained 2 GPa strong metastable austenitic steel: Experiment and simulation // Acta Materialia. 2015. Vol. 97. P. 305-315.

6. Майер Г.Г., Астафурова Е.Г., Мельников Е.В., Смирнов А.И., Батаев В.А., Найденкин Е.В., Одесский П.Д., Добаткин С.В. Эволюция зеренно-субзеренной структуры и карбидной подсистемы при отжигах малоуглеродистой низколегированной стали, подвергнутой кручению под высоким давлением // Физика металлов и металловедение. 2016. Т. 117. № 11. С. 1140-1150.

7. Литовченко И.Ю., Тюменцев А.Н., Аккузин С.А., Найден Е.П., Корзников А.В. Особенности мартенситных превращений и эволюция дефектной микроструктуры метастабильной аустенитной стали в процессе интенсивной пластической деформации кручением под давлением // Физика металлов и металловедение. 2016. Т. 117. № 8. С. 875-884.

8. Levina A.V., Mal’tseva L.A., Arkhangel’skaya A.A., Loginov Yu.N., Ozerets N.N., Mal’tseva T.V. Effect of shear deformation at high pressure on austenitic-ferritic steel 03Kh13N10K5M2Yu2T structure and properties // Metal Science and Heat Treatment. 2015. Vol. 57. № 5-6. P. 320-328.

9. Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. М.: Металлургия, 1986. 224 с.

10. Misra R.D.K., Zhang Z., Venkatasurya P.K.C., Somani M.C., Karjalainen L.P. Martensite shear phase reversion-induced nanograined/ultrafine-grained Fe-16Cr-10Ni alloy: The effect of interstitial alloying elements and degree of austenite stability on phase reversion // Materials Science and Engineering A. 2010. Vol. 527. P. 7779-7792.

11. Li J., Cao Y., Gao B., Li Y., Zhu Y. Superior strength and ductility of 316L stainless steel with heterogeneous lamella structure // Journal of Materials Science. 2018. Vol. 53. P. 10442-10456.

12. Gong N., Wu H., Niu G., Cao J., Zhang D., Tana. Effect of martensitic transformation on nano/ultrafine-grained structure in 304 austenitic stainless steel // Journal of Iron and Steel Research International. 2017. Vol. 24. № 12. P. 1231-1237.

13. Rajasekhara S., Karjalainen L.P., Kyröläinen A., Ferreira P.J. Microstructure evolution in nano/submicron grained AISI 301LN stainless steel // Materials Science and Engineering A. 2010. Vol. 527. № 7-8. P. 1986-1996.

14. Ravi Kumar B., Sharma S., Kashyap B.P., Prabhu N. Ultrafine grained microstructure tailoring in austenitic stainless steel // Materials and Design. 2015. Vol. 68. P. 63-71.

15. Аккузин С.А., Литовченко И.Ю., Тюменцев А.Н., Чернов В.М. Микроструктура и механические свойства аустенитной стали ЭК-164 после термомеханических обработок // Известия высших учебных заведений. Физика. 2019. Т. 62. № 4. С. 125-130.

16. Дитенберг И.А., Тюменцев А.Н., Смирнов И.В., Гриняев К.В., Чернов В.М. Термическая стабильность наноструктурных состояний во внутренне окисленном ванадиевом сплаве с совместным дисперсным и субструктурным упрочнением // Физическая мезомеханика. 2018. Т. 21. № 4. С. 70-78.

17. Портных И.А., Козлов А.В., Панченко В.Л., Митрофанова Н.М. Характеристики радиационной пористости, сформировавшейся при облучении в реакторе БН-600 в материале оболочек из стали ЭК164 (06Х16Н20М2Г2БТФР)-ИД Х.Д. // Физика металлов и металловедение. 2012. Т. 113. № 5. С. 549-560.

18. Литовченко И.Ю., Аккузин С.А., Полехина Н.А., Тюменцев А.Н., Найден Е.П. Особенности микроструктуры и механические свойства метастабильной аустенитной стали после низкотемпературной и последующей теплой деформации // Известия высших учебных заведений. Физика. 2016. Т. 59. № 6. С. 25-29.

19. Wang T.S., Peng J.G., Gao Y.W., Zhang F.C., Jing T.F. Microstructure of 1Cr18Ni9Ti stainless steel by cryogenic compression deformation and annealing // Materials Science and Engineering A. 2005. Vol. 407. № 1-2. P. 84-88.

20. Литовченко И.Ю., Тюменцев А.Н., Шевченко Н.В., Корзников А.В. Эволюция структурно-фазовых состояний при больших пластических деформациях аустенитной стали 17Cr-14Ni-2Mo // Физика металлов и металловедение. 2011. Т. 112. № 4. С. 436-448.