Технология
<<  Свойства хлопчатобумажных и льняных тканей Энергосберегающие технологии материаловедения  >>
“Прометей”
“Прометей”
Роль структуры в формировании важнейших механических свойств
Роль структуры в формировании важнейших механических свойств
Принципы создания субмикро- и нанокристаллической квазиизотропной
Принципы создания субмикро- и нанокристаллической квазиизотропной
Типы структурных составляющих в низкоуглеродистых сталях
Типы структурных составляющих в низкоуглеродистых сталях
_ Исходное крупное зерно _ исходное мелкое зерно
_ Исходное крупное зерно _ исходное мелкое зерно
Пластическая деформация низкоуглеродистой стали ниже температуры
Пластическая деформация низкоуглеродистой стали ниже температуры
Влияние температуры и степени деформации на фазовые превращения в
Влияние температуры и степени деформации на фазовые превращения в
Влияние температуры и степени деформации на дисперсность и соотношение
Влияние температуры и степени деформации на дисперсность и соотношение
Результаты оценки размеров фрагментов и углов их разориентировки после
Результаты оценки размеров фрагментов и углов их разориентировки после
Влияние температуры и степени деформации на твердость стали
Влияние температуры и степени деформации на твердость стали
Условия формирования субмикро- и нанокристаллической структуры при
Условия формирования субмикро- и нанокристаллической структуры при
Формирование фрагментированной структуры в низкоуглеродистой
Формирование фрагментированной структуры в низкоуглеродистой
Х70
Х70
Результаты определения критического раскрытия трещины ctod
Результаты определения критического раскрытия трещины ctod
Результаты циклических и ресурсных испытаний труб из высокопрочной
Результаты циклических и ресурсных испытаний труб из высокопрочной
Стойкость к коррозионно-механическим разрушениям при воздействии
Стойкость к коррозионно-механическим разрушениям при воздействии
Основные преимущества конструкционных наноструктурированных материалов
Основные преимущества конструкционных наноструктурированных материалов
18
18
разработка технологий изготовления наноструктурированных
разработка технологий изготовления наноструктурированных
“Прометей”
“Прометей”

Презентация на тему: «Промышленные технологии создания наноструктурированных сталей и сплавов для экстремальных условий эксплуатации». Автор: 3otd. Файл: «Промышленные технологии создания наноструктурированных сталей и сплавов для экстремальных условий эксплуатации.ppt». Размер zip-архива: 3597 КБ.

Промышленные технологии создания наноструктурированных сталей и сплавов для экстремальных условий эксплуатации

содержание презентации «Промышленные технологии создания наноструктурированных сталей и сплавов для экстремальных условий эксплуатации.ppt»
СлайдТекст
1 “Прометей”

“Прометей”

Промышленные технологии создания наноструктурированных сталей и сплавов для экстремальных условий эксплуатации

Федеральное государственное унитарное предприятие центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов

Хлусова Е.И., первый зам. начальника НПК-3, д.т.н. Горынин И.В., президент-научный руководитель, академик РАН Рыбин В.В., первый заместитель генерального директора по научной работе, чл.-корр. РАН Малышевский В.А. зам. генерального директора, д.т.н., профессор Орлов В.В., начальник сектора, к.т.н.

1

2 Роль структуры в формировании важнейших механических свойств

Роль структуры в формировании важнейших механических свойств

Главенствующая роль мезоструктуры (масштабный уровень фрагментов зерен и дислокационных субструктур: 100-3000 нм) в формировании механических характеристик.

Два важнейших показателя механического поведения металлов при внешнем нагружении: сопротивление пластическому течению (предел текучести) склонность к распространению хрупких трещин (трещиностойкость).

Традиционная система упрочнения приводит к снижению трещиностойкости

Упрочнение при наномодифицировании позволяет сохранить высокий уровень трещиностойкости

Трещиностойкость

Прочность

Прочность

Трещиностойкость

2

Нано 10-9м

Микро 10-6м

Уровень легирования

Размер структурных элементов

Уровень легирования не изменяется

3 Принципы создания субмикро- и нанокристаллической квазиизотропной

Принципы создания субмикро- и нанокристаллической квазиизотропной

структуры в конструкционных сталях при значительной пластической деформации в промышленном производстве

Макроскопическая деформация – согласованная эволюция внутренней структуры. Пластическая деформация в материале определяется процессами, происходящими на микро-, мезо- и макроуровнях: скольжение (трансляция) повороты (ротация) целых структурных агрегатов. Для исключения локализации деформации, преждевременного разрушения и обеспечения протекания процессов релаксации напряжений при пластической деформации конструкционных сталей, необходимо: 1. Исключение формирования протяженных межфазных границ; 2. Формирование мелкодисперсной карбидной фазы глобулярной морфологии; 3. Формирование оптимальной структуры, максимально наследующей фрагментированную структуру деформированного аустенита; 4. Морфологическое подобие структурных составляющих, преобладание структур глобулярного типа.

3

4 Типы структурных составляющих в низкоуглеродистых сталях

Типы структурных составляющих в низкоуглеродистых сталях

Низкое содержание углерода, пониженный уровень легирования - СТРУКТУРНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ГЛОБУЛЯРНОЙ МОРФОЛОГИИ

Высокое содержание углерода, повышенный уровень легирования - СТРУКТУРНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ РЕЕЧНОЙ МОРФОЛОГИИ

Структуры реечной морфологии в меньшей степени наследуют фрагментацию аустенита по сравнению с глобулярными структурами

Мартенсит высокотемпературный

Феррит

Бейнит гранулярный

Мартенсит реечный

Перлит

Бейнит реечный

4

5 _ Исходное крупное зерно _ исходное мелкое зерно

_ Исходное крупное зерно _ исходное мелкое зерно

__ Исходное крупное зерно ___ исходное мелкое зерно

ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРА ЗЕРНА ДЕФОРМИРОВАННОГО АУСТЕНИТА НА МОРФОЛОГИЮ ПРОДУКТОВ ???-превращения В НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Измельчение аустенитного зерна при деформации обусловливает изменение морфологии бейнитных структур с реечной на глобулярную

06Г2НДФБТ, Vохл=20о/с

05Г2НДМФБТ, Vохл=50о/с

06Г2НДФБТ, Vохл=5о/с

5

5

Реечный бейнит

Гранулярный бейнит

Реечный бейнит и мартенсит

Реечный бейнит

Реечный и гранулярный бейнит

Гранулярный бейнит и феррит

0,5c-1,5mn-(ni-v-nb-ti) 05ГНФБТ

0,6c-1,8mn-(ni-cu-v-nb-ti) 06Г2НДФБТ

0,5C-1,9Mn-(Ni-Cu-Мо-V-Nb-Ti) 05Г2НДМФБТ

6 Пластическая деформация низкоуглеродистой стали ниже температуры

Пластическая деформация низкоуглеродистой стали ниже температуры

рекристаллизации способствует увеличению доли структур глобулярного типа, повышению их дисперсности

Влияние пластической деформации на фазовые превращения и структуру низкоуглеродистой стали

0,5c-1,5mn-(ni-v-nb-ti) 05ГНФБТ

0,6c-1,8mn-(ni-cu-v-nb-ti) 06Г2НДФБТ

0,5C-1,9Mn-(Ni-Cu-Мо-V-Nb-Ti) 05Г2НДМФБТ

6

6

С деформацией VОХЛ=10оС/с

Без деформации VОХЛ=10оС/с

Нагрев до 1000оС, выдержка 5 мин., деформация 25% при 920оС, размер зерна аустенита 40-60 мкм

___ Без деформации ___ с деформацией

7 Влияние температуры и степени деформации на фазовые превращения в

Влияние температуры и степени деформации на фазовые превращения в

низкоуглеродистой стали 06г2ндфбт

Тдеф=750оС

Тдеф=920оС

Тдеф=850оС

60%

40%

40%

Относительная деформация при заданной температуре ____ – 0% ____ – 25% ____ – 50%

Скорость охлаждения 20о/сек

Наиболее эффективно с точки зрения увеличения доли превращенного аустенита в области формирования глобулярных структур - повышение степени деформации до 50% при температурах на 100-150оС ниже температуры рекристаллизации

7

8 Влияние температуры и степени деформации на дисперсность и соотношение

Влияние температуры и степени деформации на дисперсность и соотношение

структурных составляющих в низкоуглеродистых сталях

Влияние температуры деформации

Влияние степени деформации

Сталь с феррито-перлитной структурой

Тдеф=803оС

Тдеф=780оС

Тдеф=780оС

Тдеф=725оС

?=50%

?=70%

?=70%

?=50%

?=50%

Сталь с феррито-бейнитной структурой

Тдеф=950оС

Тдеф=800оС

Тдеф=800оС

?=40%

?=40%

?=60%

?=80%

Снижение температуры и повышение степени деформации измельчает ферритное зерно, способствует формированию «вырожденного» перлита, обусловливает фрагментацию ферритного зерна

Понижение температуры деформации повышает дисперсность, повышение степени деформации при температуре заторможенной рекристаллизации способствует изменению морфологии бейнита с реечной на гранулярную

8

9 Результаты оценки размеров фрагментов и углов их разориентировки после

Результаты оценки размеров фрагментов и углов их разориентировки после

различных условий деформации в низкоуглеродистой стали 06г2ндфбт

Максимальное измельчение фрагментов и наибольшая доля фрагментов размером менее 500 нм с большеугловыми границами наблюдается после деформации 50% при температурах вблизи Аr3 (750оС)

%

%

- Тдеф=850оС; ?=25%

- Тдеф=850оС; ?=50%

- Тдеф=750оС; ?=50%

Температура деформации 750оС

Температура деформации 850оС

Ebsd - анализ

? = 15%

? = 50%

? = 25%

? =50%

Доля фрагментов

Доля углов разориентировки

Средний размер фрагментов

?500 нм

?1мкм

?1мкм

2-15о

>15о

9

Мкм

10 Влияние температуры и степени деформации на твердость стали

Влияние температуры и степени деформации на твердость стали

Микротвердость

Сталь типа 06Г2НДФБТ

25%

50%

0%

25%

50%

Повышение твердости – после пластической деформации при температурах на 100-150оС ниже температуры рекристаллизации за счет формирования фрагментированного аустенита. Понижение температуры до 750оС и деформация 50% увеличивают долю феррита в структуре, способствуя снижению твердости.

HV

920 °с

850 °с

Степень деформации

750оС

920оС

850оС

Скорость охлаждения 20о/сек

920 °с, 25%

750 °с, 25%

10

Увеличение доли феррита

Фрагментированный аустенит

Частично рекристаллизованный аустенит

11 Условия формирования субмикро- и нанокристаллической структуры при

Условия формирования субмикро- и нанокристаллической структуры при

термопластической обработке

Формирование структуры, неоднородной по толщине

Измельчение структуры на всех иерархических уровнях, создание субмикро и нанокристаллической структуры, квазиизотропной по толщине

11

Традиционная технология

Деформация ниже температуры рекристаллизации

Ускоренное охлаждение

Деформация выше температуры рекристаллизации

Нагрев

Измельчение структуры при фазовом превращении

Предотвращение значительного роста зерна при нагреве

Измельчение зерна аустенита за счет рекристаллизации

Создание фрагментированной структуры в аустените

Разработанная концепция

12 Формирование фрагментированной структуры в низкоуглеродистой

Формирование фрагментированной структуры в низкоуглеродистой

малолегированной стали в промышленных условиях

Мкм

Средний размер фрагментов

Доля углов разориентировки

Доля фрагментов

%

%

Поверхность

Середина

?500 нм

?1мкм

?1мкм

2-15о

?15о

Поверхность

Середина

CTOD при -60ОС=0,35 мм

Свойства листового проката, ?= 28 мм

?в=730 МПа

?02=670 МПа

?5=18%

Ипг=98%

5 мкм

5 мкм

Субзерна в феррите 300-1000 нм, х10000

Субзерна в бейните 200-500 нм, х56000

Поверхность листового проката

Середина по толщине листового проката

12

Статистическая обработка

100 нм

200 нм

13 Х70

Х70

Х90

Результаты полигонных испытаний труб магистральных трубопроводов из высокопрочной стали с элементами наноструктуры

Определение температуры торможения хрупкой трещины

Возрастание допускаемого внутреннего давления в трубопроводе при росте прочности стали

Понижение критических температур хрупкости

Рост прочности

Традиционная сталь низкой прочности

Высокопрочная сталь с элементами наноструктуры

Рmax

256 МПа

260 МПа

250 МПа

Х70 ?1420 t=26 мм

Х90 ?1220 t=20мм

0

-20

-40

-60

-80

минус 10оС

минус 20оС

Проба DWTT

Проба DWTT

Проба NDT

Проба NDT

13

Расчетная температура, подводные трубопроводы

Расчетная температура, наземные трубопроводы

14 Результаты определения критического раскрытия трещины ctod

Результаты определения критического раскрытия трещины ctod

Характер распространения вязкого разрушения в трубе из стали категории Х70 (стендовые испытании ВНИИСТ)

Обеспечение трещиностойкости в высокопрочных сталях с элементами наноструктуры на уровне низкопрочных сталей

Требования DNV OS-F101

Х70, толщина 26,8 мм Х80, толщина 27,7 мм Х90, толщина 20 мм

14

15 Результаты циклических и ресурсных испытаний труб из высокопрочной

Результаты циклических и ресурсных испытаний труб из высокопрочной

стали с элементами наноструктуры

Результаты разрушающего статического испытания

5?104

Исходная толщина 25,8 мм

3?104

1,5?104

Конечная толщина 11 мм

104

Сужение поперечного сечения в изломе перед статическим разрушением предварительно циклически нагруженной трубы

2?103

Трубы

Рразр = 250 атм длина разрыва 2100 мм раскрытие – 290 мм утонение стенки - до 11 мм Исходная толщина – 25,8 мм

Высокая стойкость к статическим и циклическим нагружениям

Число циклов нагрузки N за 25 лет эксплуатации при ??=0,7 предела текучести

Х70

Х80

Х90

15

Требования для нефтепровода

Требования для газопровода

16 Стойкость к коррозионно-механическим разрушениям при воздействии

Стойкость к коррозионно-механическим разрушениям при воздействии

почвенной среды, морской воды, в том числе в присутствии сероводорода

Х70

Х80

Х90

К, %

100

50

Выполнение критерия высокого сопротивления коррозионно-механическому разрушению по СТО Газпром 2-5.1-148-2007 (утв. ОАО «Газпром» в 2008г.)

Коэффициент снижения пластичности при коррозионном воздействии

Почвенная среда

Морская вода

Требования ОАО «Газпром», К?50

16

17 Основные преимущества конструкционных наноструктурированных материалов

Основные преимущества конструкционных наноструктурированных материалов

Рост прочности при повышении трещиностойкости, новое сочетание потребительских свойств

Уникальные потребительские свойства

Рост прочности при сохранении вязкости

17

400-500нм

10-20мкм

10-30нм

400-500нм

30-50нм

Вязкость

Защита от коррозионно- механических воздействий

Трещиностойкость

Прочность

Прочность

18 18

18

19 разработка технологий изготовления наноструктурированных

разработка технологий изготовления наноструктурированных

конструкционных сталей с пределом текучести до 1500 МПа с высокой пластичностью и вязкостью, отличающихся резким повышением экономичности производства за счет снижения уровня легирования на 20-25%, ресурсо- и энергозатрат, унификации химических составов как в части формирования свойств, так и в части назначения; освоение промышленного производства наноструктурированных конструкционных сталей для широкого внедрения в судостроении, топливно-энергетическом комплексе, промышленном строительстве, транспортном и энергомашиностроении, медицине, сельском хозяйстве и других отраслях промышленности; создание рынка конкурентоспособных наноструктурированных конструкционных сталей с высоким комплексом потребительских свойств с объемом продаж не менее 9 млрд. руб. в год; обеспечение роста объемов инновационных продуктов в металлургической и металлообрабатывающих отраслях промышленности; подготовка, сохранение и рост высококвалифицированных научных и производственных кадров.

Основные ожидаемые результаты

19

20 “Прометей”

“Прометей”

Спасибо за внимание!

Выражаем признательность всем сотрудникам института, участвовавшим в выполнении этой работы

Российская Федерация, 191015, Санкт- Петербург, ул. Шпалерная, д. 49 Тел.: (812) 274-37-96 Факс: (812) 710-37-56 E-mail: vvv@prometey2.spb.su www.crism-prometey.ru

Санкт-петербург

Федеральное государственное унитарное предприятие центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов

Государственный научный центр российской федерации

«Промышленные технологии создания наноструктурированных сталей и сплавов для экстремальных условий эксплуатации»
http://900igr.net/prezentacija/tekhnologija/promyshlennye-tekhnologii-sozdanija-nanostrukturirovannykh-stalej-i-splavov-dlja-ekstremalnykh-uslovij-ekspluatatsii-62770.html
cсылка на страницу
Урок

Технология

35 тем
Слайды
900igr.net > Презентации по технологии > Технология > Промышленные технологии создания наноструктурированных сталей и сплавов для экстремальных условий эксплуатации