ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)», Челябинск, Россия:
И. В. Чуманов, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: chumanoviv@susu.ru
А. Н. Аникеев, канд. техн. наук, доцент
Д. А. Жеребцов, канд. хим. наук, старший научный сотрудник

Развитие новых технологий в различных отраслях промышленности требует от сталей эксплуатационных свойств нового уровня и поднимает вопросы стойкости к различного рода воздействиям (излучению, динамическим, тепловым, истирающим нагрузкам и др.). Принципиальным способом повышения механических и физических свойств является корректировка химического состава, измельчение структуры металла. Авторы предлагают достигать этого за счет внедрения мелкодисперсных частиц в расплав, реализуя механизм дисперсионного упрочнения. Внедрение частиц в расплав происходит при разливке на машине центробежного литья, поскольку при этом возникает возможность управления распределением внедряемых частиц по объему расплава за счет влияния центробежных сил на частицы. В ходе выполнения работ с помощью программного пакета FactSage было проведено термодинамическое моделирование взаимодействия дисперсных частиц с расплавом стали 12Х18Н10Т, показавшее, что частицы будут взаимодействовать с металлическим расплавом, а это может приводить к их полной диссоциации, а следующим этапом кристаллизации, вне зависимости от степени растворения карбида вольфрама, станет образование карбидных фаз на основе карбида титана с ГЦК-структурой, а также карбидной фазы на основе карбида хрома с формулой M23C3. Согласно параметрам моделирования были проведены эксперименты, получены экспериментальные заготовки с различным содержанием введенного карбида вольфрама, проведена термообработка. Исследование микроструктур показало, что вводимые частицы карбида вольфрама полностью диссоциируют при взаимодействии с металлическим расплавом, способствуют увеличению феррита в микроструктуре заготовок. Исследования микротвердости подтвердили значительное влияние введенного карбида на свойства материала: максимальные значения микротвердости достигаются при высокой концентрации тугоплавких частиц в областях их максимальной концентрации (внешний край заготовок). Проведение термической обработки снижает микротвердость, при этом выравнивая градиент свойств по объему отливок.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы по Соглашению № 075-15-2019-1711 (внутренний номер 05.608.21.0276) от 04 декабря 2019 г. (уникальный идентификатор проекта RFMEFI60819X0276).

1. Satpaev D. A. Effects of irradiation with low-energy alpha-particles on the surface structure of stainless steel Co12Cr18Ni10Ti, alloy with high nickel content Co03Cr20Ni45Мo4NbB and of pure metals Мо and W // Interaction of Radiation with Solids: materials of the 12^th International conf. (Minsk, Belarus, September 19–22). — Minsk, 2017. P. 175–177.
2. Корнилов Д. А., Косенков В. М., Силантьев П. П. Влияние исходной дислокационной структуры на кинетику точечных и макроскопических дефектов при облучении // Вестник Самарского университета. Естественнонаучная серия. 2016. № 1. С. 69–84.
3. Демидов Д. Н., Смирнов Е. А. Влияние примесей на скорость радиационной ползучести и вакансионного распухания в аустенитных сплавах железа // Физика и химия обработки материалов. 2016. № 1. С. 5–12.
4. Зольников К. П., Корчуганов А. В., Крыжевич Д. С., Чернов В. М., Псахье С. Г. Особенности формирования кластеров точечных дефектов в металлах с границами раздела при радиационном облучении // Физическая мезомеханика. 2019. № 22. С. 15–25.
5. Воеводин В. Н., Волчок О. И., Ожигов Л. С., Оковит В. С., Чиркина Л. А. Влияние ультразвукового воздействия на релаксационные процессы и радиационное охрупчивание в корпусных сталях // Вопросы атомной науки и техники. 2017. № 2. С. 3–13.
6. Salama E., Eissa M. M., Tageldin A. S. Distinct properties of tungsten austenitic stainless alloy as a potential nuclear engineering material // Nuclear Engineering and Technology. 2019. Vol. 51, Iss. 3. P. 784–791.
7. Barrett Thomas R., Carrelli C., Grant T., Kovari M., Mantel N. et al. A New Facility for Combined-Load Testing of Fusion Reactor In-Vessel Components // IEEE Transactions on Plasma Science. 2020. Vol. 48, Iss. 6. P. 1432–1438.
8. Nithin R. P., Sekar K., Joseph M. A. Effect of temperature on microstructure evolution and localized corrosion resistance of high tungsten hyper duplex stainless steel // Materials Research Express. 2019. Vol. 6, Iss. 11. P. 1–12.
9. Anikeev A. N., Seduhin V. V., Sergeev D. V. Increase in Wear Resistance by Introduction of Titanium Carbide Dispersed Particles // Materials Science Forum. 2016. Vol. 843. P. 269–273.
10. Anikeev A. N., Chumanov I. V., Sergeev D. V. Experiments on Obtaining Nanostructured Metallic Materials and their Investigation // Materials Science Forum. 2016. Vol. 843. P. 139–144.
11. Lo K. H., Shek C. H., Lai J. Recent developments in stainless steels // Materials Science and Engineering. 2009. Vol. 65. P. 39–104.
12. Старостенко С. В., Воеводин В. Н., Кальченко А. С., Великодный А. Н., Тихоновский М. А. Влияние облучения тяжелыми ионами Crі⁺ на микроструктуру стали 08Х18Н10Т ДУО, механически легированной нанопорошком системы Y₂O₃-ZRO₂ // Вопросы атомной науки и техники. 2016. № 4. С. 3–8.
13. Арбузов В. Л., Гощицкий Б. Н., Данилов С. Е., Козлов А. В., Пархоменко В. Д. и др. Взаимодействие радиационных дефектов с примесями внедрения в никеле, микролегированном углеродом и бором, при электронном и нейтронном облучении // Физика металлов и металловедение. 2017. № 5. C. 535–544.
14. Salama E., Eissa M. M., Tageldin A. S. Distinct properties of tungsten austenitic stainless alloy as a potential nuclear engineering material // Nuclear Engineering and Technology. 2019. Vol. 51. P. 784–791.
15. Pavlina E. J., Speer J. G., Van Tyne C. J. Equilibrium solubility products of molybdenum carbide and tungsten carbide in iron // Scripta Materialia. 2011. № 66. P. 243–246.
16. ГОСТ 1778–70. Металлографические методы определения неметаллических включений. — Введ. 01.01.1972.
17. ГОСТ Р ИСО 14250–2013. Сталь. Металлографическая оценка дуплексного размера зерна и его распределение. — Введ. 01.10.2014.
18. Niewolak L., Zurek J., Wessel E., Hattendorf H., Quadakkers W. J. Temperature dependence of phase composition in W and Si-alloyed high chromium ferritic steels for SOFC interconnect applications // Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 717. P. 240–253.
19. Prifiharni S., Anwar M. S., Nikitasari A., Mabruri E. The hardness, microstructure, and pitting resistance of austenitic stainless steel Fe25Ni15Cr with the addition of tungsten, niobium, and vanadium // AIP Conf. Proc. 2018. Vol. 1964, Iss. 1. DOI: 10.1063/1.5038323