Разработка наукоемкой технологии производства новых импортозамещающих материалов повышенной прочности и хладостойкости
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 23-19-20018
Название: Разработка наукоемкой технологии производства новых импортозамещающих материалов повышенной прочности и хладостойкости
Руководитель: Полецков Павел Петрович, Доктор технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова", Челябинская обл
Период выполнения при поддержке РНФ 2023 г. - 2025 г.
Конкурс №77 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (региональный конкурс).
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий
Ключевые слова: металлургия, новые материалы, металлопрокат, наукоемкая технология, импортозамещение, Арктика, Крайнай Север, хладостойкость, прочность
Код ГРНТИ: 53.43.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В настоящее время значительная доля стратегических объектов нефтегазового и машиностроительного комплексов России, а также транспорта и мостостроения эксплуатируются в экстремальных условиях: одновременное воздействие низких температур, статических и динамических нагрузок, а также интенсивный износ. Вместе с тем одной из приоритетных задач федерального значения является обеспечение условий для освоения и устойчивого развития Арктики - объекта территориальных, ресурсных и стратегических интересов ряда государств, влияющих на развитие мировой экономики и энергетики ближайших десятилетий. Материалы, применяемые в рассматриваемых условиях должны обладать комбинацией трудно сочетаемых характеристик: высокой прочностью, пластичностью, вязкостью и свариваемостью при низких температурах, а также характеризоваться низкой чувствительностью к концентраторам напряжений и отсутствием склонности к хрупкому разрушению. Одним из материалов, предназначенных для использования в таких условиях, являются высокопрочные хладостойкие стали. Однако характеристики сталей, представленных на мировом рынке, удовлетворяют повышенным требованиям преимущественно по одному из ключевых показателей - либо износостойкость, либо хладостойкость, либо высокая прочность и т.д. В связи с этим одной из актуальных научных проблем является обеспечение качественно новой комбинации свойств высокопрочных хладостойких материалов, в том числе: -Временное сопротивление разрыву: не менее 1200 МПа; -Условный предел текучести: не менее 950 МПа; -Относительное удлинение А5: не менее 10 %; -Твердость HBW: не менее 350; -Ударная вязкость KСV: не менее 30 Дж/см2 при температуре минус 70 ºС. Это принципиально новый результат мирового уровня, не представленный ранее на мировом рынке. Комбинация основных характеристик разрабатываемого материала превосходит существующие мировые аналоги и представляет собой уникальное сочетание высокой прочности, пластичности, а также износо- и хладостойкости при температуре до минус 70 ºС. Достижение поставленной цели требует решения ряда задач: 1. Разработка и научное обоснование химического состава разрабатываемых материалов; 2. Исследование кинетики распада переохлажденного аустенита при непрерывном охлаждении разрабатываемых материалов.. Построение термокинетических диаграмм; 3. Исследование влияния режимов обработки на протекание структурно-фазовых превращений и формирование свойств разрабатываемых материалов на основе физического моделирования и имитации процессов изготовления образцов проката в условиях лабораторного комплекса Инжинирингового центра на базе ФГБОУ ВО "МГТУ им. Г.И. Носова; 4. Разработка наукоемкой технологии производства листового проката из новых импортозамещающих материалов повышенной прочности и хладостойкости. 5. Разработка рекомендаций по внедрению научно- практических результатов проекта в условиях ведущих металлургических предприятий Челябинской области с учетом технических параметров производства. Научная новизна результатов проекта заключается в: 1. Установлении качественных и количественных закономерностей влияния химического состава и режимов термомеханической обработки на протекание структурно-фазовых превращений, положение критических точек, количественные параметры микроструктуры и формирование комплекса свойств разрабатываемых материалов; 2. Получении новых термокинетических диаграмм (ССТ – диаграммы) разрабатываемых материалов. 3. Разработке научно обоснованного химического состава и технологических режимов изготовления листового проката из новых импортозамещающих материалов повышенной прочности и хладостойкости. Развитие предлагаемого направления и коммерциализация результатов проекта в условиях металлургических предприятий Челябинской области обеспечит условия для решения проблемы импортозамещения материалов специального назначения, в том числе используемых в условиях Крайнего Севера и Арктической зоны Российской Федерации.
Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта впервые будут получены следующие научно-практические результаты: 1. Отчет о патентных исследованиях в рассматриваемой области. 2. Научно обоснованный химический состав нового импортозамещающего материала, обеспечивающего надежность и эффективность работы конструкций и оборудования в сложных климатических условиях, в том числе Арктики и Крайнего Севера; 3. Новые термокинетические диаграммы (ССТ – диаграммы) разрабатываемых материалов. 4. Качественные и количественные закономерности влияния химического состава и режимов термомеханической обработки на протекание структурно-фазовых превращений, положение критических точек, количественные параметры микроструктуры и формирование комплекса свойств разрабатываемого материала. 5. Технологические режимы изготовления высокопрочного хладостойкого проката обладающего уникальным сочетанием высокой прочности, пластичности, а также износо- и хладостойкости при температуре до минус 70 ºС, в том числе: -Временное сопротивление разрыву: не менее 1200 МПа; -Условный предел текучести: не менее 950 МПа; -Относительное удлинение А5: не менее 10 %; -Твердость HBW: не менее 350; -Ударная вязкость KСV: не менее 30 Дж/см2 при температуре минус 70 ºС. 6. Рекомендации по внедрению научно-практических результатов проекта в условиях ведущих металлургических предприятий Челябинской области с учетом технических параметров производства . 7. Лабораторные образцы высокопрочного хладостойкого проката с требуемым уровнем свойств. Следует подчеркнуть, что комбинация основных характеристик разрабатываемых материалов превосходит существующие мировые аналоги и представляет собой уникальное сочетание высокой прочности, пластичности, а также износо- и хладостойкости. Поэтому результаты проекта будут обладать высокой научной ценностью и новизной.
Публикации
- Study of phase and structural transformations in overcooled austenite for high-strength cold resistant steel during continuous cooling / Efimova Yu., Emaleeva D., Gulin A., Adishchev P. // CIS Iron and Steel Review, 2023. Vol. 26. pp. 81–85 [https://doi.org/10.17580/cisisr.2023.02.13]
- Investigation of new steel with increased strength for low temperature applications / Poletskov P., Koptseva N., Efimova Yu. et. al. // Journal of Physics: Conference Series, 2024. Vol. 2845. № 1. article № 012033 [https://doi.org/10.1088/1742-6596/2845/1/012033]
- Development and research of forming the properties in cold resistant steels with strength class not less than 950 MPa for the components of heavy carrying and lifting machines// Poletskov P., Koptseva N., Efimova Yu. et. al. // CIS Iron and Steel Review, 2024. Vol. 28. pp. 63-68 [https://doi.org/10.17580/cisisr.2024.02.11]
- Создание экономнолегированных хладостойких сталей с уровнем прочности не менее 950 МПа для тяжелонагруженной техники / Полецков П.П., Копцева Н.В., Кузнецова А.С. и др. // Металловедение и термическая обработка металлов, 2024. № 12 (834). С. 17-24. [https://doi.org/10.30906/mitom.2024.12.17-24]
- Разработка и исследование формирования свойств хладостойких сталей с уровнем прочности не менее 950 МПа / Кузнецова А.С., Полецков П.П., Копцева Н.В. и др. // Материалы VIII Международной молодежной научно-технической конференции «Magnitogorsk Rolling Practice 2024». Магнитогорск, 2024. С. 47
- Создание новых импортозамещающих материалов повышенной прочности и хладостойкости / Полецков П.П., Копцева Н.В., Ефимова Ю.Ю. и др. // Тезисы докладов 82 международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования». Магнитогорск, 2024. С. 230
