Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Эволюция градиентной структуры при термической обработке метастабильной аустенитной нержавеющей стали, подвергнутой холодной радиальной ковке

Д. О. Панов, Е. А. Кудрявцев, С. В. Наумов, А. С. Перцев, Ю. Н. Симонов, Г. А. Салищев

Аннотация


Исследовано влияние термической обработки на структуру и механические свойства метастабильной аустенитной нержавеющей стали, исходно подвергнутой холодной радиальной ковке. Изучена эволюция фазового состава, структуры и текстуры, определены характеристики прочности, пластичности и ударной вязкости в зависимости от температуры отжига. Установлено, что после холодной радиальной ковки формируется градиент распределения мартенсита деформации по сечению. Последующий отжиг при 500 °C приводит к дисперсионному твердению мартенсита деформации за счет выделения нанокарбидов, что наряду со значительным упрочнением (sв > 1500 МПа), сопровождается получением высоковязкого состояния (KCT > 1,4 МДж/м2 ). При среднетемпературном отжиге (650 °C) в центре сечения формируется структура, состоящая из кластеров дисперсных мелких зерен аустенита и мартенсита с ориентировками б111сА y ОП и б101сМ y ОП, параллельными оси прутка (y ОП), и крупных зерен аустенита с ориентировкой б001сА y ОП, что позволяет получить сочетание высокой прочности (sв > 1100 МПа), пластичности (d > 20 %) и ударной вязкости (KCT ~ 1,3 МДж/м2 ).

Ключевые слова


метастабильная аустенитная нержавеющая сталь; радиальная ковка; градиентная структура; прочность; пластичность; ударная вязкость

Полный текст:

PDF

Литература


Beddoes J., Parr J. G. Introduction to Stainless Steels. 3rd ed. OH, USA: ASM International, Materials Park, 1999. 315 p.

Lo K. H., Shek C. H., Lai J. K. L. Recent developments in stainless steels // Mater. Sci. Eng. R Reports. 2009. V. 65, No. 4 – 6. P. 39 – 104.

Shakhova I. et al. Effect of large strain cold rolling and subsequent annealing on microstructure and mechanical properties of an austenitic stainless steel // Mater. Sci. Eng. A. 2012. V. 545. P. 176 – 186.

Ueno H. et al. Enhanced fatigue properties of nanostructured austenitic SUS 316L stainless steel // Acta Mater. 2011. V. 59, No. 18. P. 7060 – 7069.

Üçok I., Ando T., Grant N. J. Property enhancement in Type 316L stainless steel by spray forming // Mater. Sci. Eng. A. 1991. V. 133, No. C. P. 284 – 287.

Panov D. et al. Metastable austenitic steel structure and mechanical properties evolution in the process of cold radial forging // Materials (Basel). 2019. V. 12, No. 2058.

Fang T. H. et al. Revealing extraordinary intrinsic tensile plasticity in gradient nano-grained copper // Science. 2011. V. 331, No. 6024. P. 1587 – 1590.

Wu X. L. et al. Combining gradient structure and TRIP effect to produce austenite stainless steel with high strength and ductility // Acta Mater. 2016. V. 112. P. 337 – 346.

Gu J. et al. Effects of grain size on the microstructures and mechanical properties of 304 austenitic steel processed by torsional deformation // Micron. 2018. V. 105. P. 93 – 97.

Huang H. W. et al. Fatigue behaviors of AISI 316L stainless steel with a gradient nanostructured surface layer // Acta Mater. 2015. V. 87. P. 150 – 160.

Lei Y. B. et al. Enhanced mechanical properties and corrosion resistance of 316L stainless steel by pre-forming a gradient nanostructured surface layer and annealing // Acta Mater. 2021. V. 208.

Zeng Z. et al. Gradient plasticity in gradient nano-grained metals // Extrem. Mech. Lett. Elsevier Ltd, 2016. V. 8. P. 213 – 219.

Panov D. O. et al. Excellent strength-toughness synergy in metastable austenitic stainless steel due to gradient structure formation // Mater. Lett. 2021. July. V. 303. P. 130585.

Panov D. et al. Effect of cold swaging on the bulk gradient structure formation and mechanical properties of a 316-type austenitic stainless steel // Materials (Basel). 2022. V. 15, No. 7. P. 2468.

Panov D. et al. Mechanisms of the reverse martensite-to-austenite transformation in a metastable austenitic stainless steel // Metals (Basel). 2021. V. 11, No. 4. P. 1 – 13.

Weidner A., Hangen U. D., Biermann H. Nanoindentation measurements on deformation-induced -martensite in a metastable austenitic high-alloy CrMnNi steel // Philos. Mag. Lett. 2014. V. 94, No. 8. P. 522 – 530.

Singh G. et al. Finite element analysis and experimental evaluation of residual stress of Zr-4 alloys processed through swaging // Metals (Basel). 2020. V. 10, No. 10. P. 1 – 15.

Wen H. et al. Strengthening mechanisms in a high-strength bulk nanostructured Cu – Zn – Al alloy processed via cryomilling and spark plasma sintering // Acta Mater. 2013. V. 61, No. 8. P. 2769 – 2782.

Panov D. O. et al. Excellent strength-toughness synergy in metastable austenitic stainless steel due to gradient structure formation // Mater. Lett. 2021. July. V. 303. P. 130585.

Aletdinov A. et al. Martensite-to-austenite reversion and recrystallization in cryogenically-rolled type 321 metastable austenitic steel // Metall. Mater. Trans. A Phys. Metall. Mater. Sci. 2019. V. 50, No. 3. P. 1346 – 1357.

Panov D. et al. Gradient microstructure and texture formation in a metastable austenitic stainless steel during cold rotary swaging // Materials (Basel). 2023. V. 16, No. 4. P. 1 – 16.

Wu X., Zhu Y. Heterogeneous materials: a new class of materials with unprecedented mechanical properties // Mater. Res. Lett. 2017. V. 5, No. 8. P. 527 – 532.

Бубнов В. А., Костенко С. Г. Механизм упрочнения аустенитных сталей при пластическом деформировании // Известия вузов. Машиностроение. 2008. V. 6. P. 63 – 70.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2023.8.58-66

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2024