АО «НПО "ЦНИИТМАШ"», Москва, Россия

Э. Ю. Колпишон, главный научный сотрудник, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: kolpishon@bk.ru

Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия

П. В. Ковалев, заместитель директора Института машиностроения, материалов и транспорта по образовательной деятельности, канд. техн. наук, доцент, эл. почта: kovalev_pv@spbstu.ru
С. В. Рябошук, старший преподаватель

Изучено влияние легирования ниобием на свойства конструкционных сталей, в том числе аустенитного, ферритного и мартенситного классов. Основное внимание уделено влиянию карбонитридов ниобия на дисперсионное твердение и ограничение роста зерен при нагреве. Показано, что частицы размером менее 300 нм значительно повышают прочность, а более крупные включения снижают вязкость. Выполнен анализ механизмов торможения рекристаллизации за счет карбонитридов, а также зависимости их размера от концентрации ниобия, температуры и длительности выдержки. Оптимальные параметры легирования ([Nb] ≤ 0,42 %, [C]+[N] ≤ 0,062 %) обеспечивают баланс прочности и пластичности. Результаты работы могут быть использованы для разработки сталей с улучшенными механическими свойствами и цифровизации металлургических процессов. Показано, что существующий математический аппарат при построении должного алгоритма вычислений позволяет определять целесообразные пределы легирования стали ниобием. Целями легирования при этом являются карбонитридное упрочнение, ограничение размеров карбонитридов ниобия, регулирование межчастичных расстояний, ограничение размера зерна аустенита. Показано, что отношение среднего расстояния между частицами к их среднему диаметру (s/d) может служить важной характеристикой для описания свойств сталей. В основу расчетов размера карбонитридов положено предположение о сфере питания растущей частицы, размер которой определяется путем диффузии атома ниобия при температуре и длительности технологической выдержки, соответствующей процессу образования и роста карбонитрида.

1. Явойский В. И. и др. Включения и газы в стали. — Москва : Металлургия, 1979. — 272 с.
2. Колпишон Э. Ю. Риски катастрофических разрушений и принципы построения сдаточного контроля металлургических заготовок изделий энергомашиностроения. Ч. 1 // Тяжелое машиностроение. 2016. № 3–4. С. 39–44.
3. Енихе В. и др. Металловедение. Сталь. Справочник. В 2 т., т. 1, кн. 1. — Москва : Металлургия, 1995. — 291 с.
4. Кайбышев О. А., Валиев Р. З. Границы зерен и свойства металлов. — Москва : Металлургия, 1987. — 213 с.
5. Doherty R. D. et al. Current issues in recrystallization: a review // Material Science and Engineering А. 1997. Vol. 238. P. 219–274.
6. Гольдштейн М. И. Специальные стали. — Москва : Металлургия, 1985. — 408 с.
7. ГОСТ 5639-82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна. — Введ. 01.01.1983.
8. Nilson J. O. Effect of nitrogen in type stainless steel 347 during long-term service at high temperature // Proceedings of International Conference on High Nitrogen Steels 2006. p. 39.
9. Wang H. R., Wang W. Simple model for carbonitride dissolution in microalloyed steels // Materials Science and Technology. 2007. Vol. 23, Iss. 7. P. 833–838.
10. Naoko O., Hiroyuki N., Yoshiaki I. Diffusion of niobium in α-iron// Materials Transactions. 2003. Vol. 44, Iss. 10. P. 2078–2083.
11. Дриц М. Е. Свойства элементов. — М. : Металлургия, 1997. — 672 c.
12. Колпишон Э. Ю., Дуб В. С., Иванов И. А. и др. Разработка технологии термической обработки низкоуглеродистых легированных конструкционных сталей для обеспечения целевых параметров микроструктуры и запаса пластичности. Ч. 1 // Тяжелое машиностроение. 2025. № 4. С. 2–13.
13. Kondrat’ev S. Yu., Anastasiadi G. P. Characterization of microstructure and chemical microinhomogeneity of HP40NbTi cast alloy after different crystallization rates // Metallography, Microstructure and Analysis. 2021. Vol. 10. P. 675–683.