Специалисты АО «Металлургический завод «Петросталь» провели научные исследования по разработке технологии производства металлопроката из нержавеющей мартенситностареющей стали, стабилизированной ниобием.
Ранее, в октябре 2024 г., компания заключила с Министерством промышленности и торговли РФ Соглашение о субсидировании из федерального бюджета инновационного проекта «Разработка и освоение производства новых видов металлопродукций для нужд отечественной добывающей промышленности».
По результатам научно-исследовательских работ на «Петростали» будет освоена технология производства новой марки, которую далее будут использовать для выпуска продукции, применяемой для обустройства скважин в нефтегазодобывающей отрасли.
Это — лишь один из примеров тех разработок в области создания новых видов марагеновой стали, которые с 60-х годов ведут в России.
Свойства и применение
Мартенситностареющие или марагеновые стали — это особый класс низкоуглеродных сверхпрочных сталей, которые обретают свои особые свойства благодаря оседанию интерметаллических соединений в процессе остаривания.
Своим названием они обязаны наличию в составе мартенсита, который образуется в результате перестраивания атомов внутри металла после нагрева и последующего охлаждения. Именно эта структура придаёт сплавам высокую прочность, пластичность и ударную вязкость.
Основным легирующим элементом в составе марагеновой стали является никель, доля которого в общей массе может колебаться от 8 до 24%.
Также для получения интерметаллических осадков в сплав добавляют вторичные легирующие металлы, такие как кобальт (8–12%), молибден (3–6%), титан (1–2%), алюминий (1–2%) и другие. Некоторые виды низконикелевых мартенситностареющих сталей представляют собой сплавы железа и марганца (9–15%), с незначительными добавками алюминия, никеля и титана.
Базовая технология термической обработки марагенов включает три этапа. На первом происходит отжиг при температуре примерно 800–950 °C в течение 15–30 минут для тонких профилей и часа для толстых с целью формирования полностью аустенитной структуры.
За этим следует этап охлаждения на воздухе или закалка до комнатной температуры для образования мягкого, сильно дислоцированного железоникелевого пластинчатого мартенсита. И в завершение производится остаривание, иначе — дисперсионное упрочение, при котором наиболее распространённые сплавы в течение примерно трёх часов выдерживают при температуре 450–550 °C.
Марагеновые стали отличаются повышенными характеристиками.
Благодаря всему этому мартенситы и приобретают такие специфические свойства, как высокая прокаливаемость, высокое сопротивление хрупкому разрушению, низкий порог хладноломкости — более –100 °С, высокая размерная стабильность при термической обработке и высокая прочность и твёрдость после неё, хорошая обрабатываемость и свариваемость. Поэтому их используют для изготовления широкого спектра особых видов продукции в целом ряде отраслей — машиностроении, нефтегазовом секторе, энергетике и т.д.
В первую очередь из марагенов делают так называемые высокоответственные детали, для которых необходима хорошая вязкость при невысоких и низких температурах, а также высокая прочность — например, элементы аэрокосмической техники, компоненты ядерных реакторов и т.п. Кроме того, из них изготавливают детали, которые эксплуатируют при экстремально высоких и низких температурах, а также в условиях циклических температурных и силовых воздействий.
Разработчики и производители
Первое поколение мартенситной дисперсионно-твердеющей нержавеющей стали было разработано американской компанией Carnegie Illionois в 1946 году. Это стало ответом на новые потребности машиностроения, в первую очередь — в сегментах аэрокосмической и морской техники, в высокоэффективных коррозионностойких конструкционных материалах.
В России первые опытные вакуумно-индукционные плавки марагена марки ЭП-637 были получены учёеными ЦНИИчермет им. И.П. Бардина в 60-е годы. Тогда же состоялось и освоение его промышленного производства.
Далее, на протяжении примерно 50 лет, эта сталь оставалась одной из наиболее широко применяемых при строительстве авиационно-космической техники.
В 70-е специалисты ЦНИИчермет разработали вольфрамсодержащие мартенситы, а в 90-е — марку ЭК-169, в которой вместо титана использовали ванадий. Она была создана для снижения склонности марагенов к тепловому охрупчиванию при охлаждении крупных поковок. Применение ЭК-169 в высокооборотных маховичных накопителях механической энергии позволило увеличить скорость их вращения более чем в 2 раза. В 2000-х эти маховики эксплуатировали на спутниках космической связи.
Разумеется, технологии производства марагенов в России имеют свои особенности. К их числу относятся использование особых методов выплавки для снижения газонасыщенности и количества неметаллических включений. Также — применение специальных способов раскисления щелочными и модифицирования редкоземельными металлами. Кроме того, были разработаны специальные режимы термообработки для устранения разнозернистости и повышения механических свойств, в том числе пластичности и вязкости. И, наконец, остаривание производят при относительно низких температурах.
По результатам научно-исследовательских работ на «Петростали» будет освоена технология производства новой марки.
На сегодня в круг крупнейших мировых производителей мартенситов входят европейские ThyssenKrupp и ArcelorMittal, американские Carpenter Technology, Crucible Industries, азиатские Baosteel и POSCO. И, конечно, российские «Северсталь» и Магнитогорский металлургический комбинат.
Также к видным отечественным производителям относятся ООО «ЛАСМЕТ» (Лаборатория специальной металлургии), которое сотрудничает с предприятиями аэрокосмической, атомной и оборонной промышленности, и ФГУП «ВИАМ», разработавшее высокопрочную конструкционную сталь ВКС-180 для изготовления валов двигателей.
А кроме того — входящий в Трубную металлургическую компанию Волжский трубный завод, специалисты которого разработали линейку марагенов для высокопрочных труб, устойчивых к воздействию высоких температур и давления, и многие другие.
Елена Герасимова
