АО «НПО «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения» (АО «НПО «ЦНИИТМАШ»), Москва, Россия

Л. В. Палаткина, ведущий научный сотрудник лаборатории электроплавки Института металлургии и машиностроения, канд. техн. наук, доцент, эл. почта: lv.palatkina@yandex.ru

Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия
В. Ф. Петрова, доцент кафедры технологии материалов, канд. техн. наук, доцент, эл. почта: val.petrova7@mail.ru

АО «Корпорация Красный Октябрь», Волгоград, Россия
О. В. Гладышева, начальник Технологического управления, эл. почта: o_gladysheva@vmzko.ru
Е. Б. Минкова, ведущий специалист, эл. почта: e_minkova@vmzko.ru

Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия¹ ; АО «Корпорация Красный Октябрь», Волгоград, Россия²
Д. А. Масарыгин, магистрант кафедры технологии материалов¹, инженер², эл. почта: denismasarygin@yandex.ru

Установлено, что при затвердевании доперетектической стали мартенситного класса марки 15Х13Н2, микролегированной до 0,04 % (мас.) Nb, образуются карбидные фазы, богатые ниобием (от 54,2 до 79,4 % (мас.) Nb), имеющие средний размер от 0,2 до 4,2 мкм. При этом показано, что на этапе кристаллизации прямо ликвируют хром, никель, ванадий, титан, кремний и марганец, обогащая междендритное пространство и формируя твердый раствор с повышенным содержанием карбидообразующих элементов. Для литого металла в состоянии после закалки с высоким отпуском определено, что среднее значение микротвердости в междендритном пространстве составляет 226 HV, а в зоне дендритного кристалла — 146 HV. Выявленные особенности кристаллизации и индивидуального характера распределения элементов между микроликвационными зонами «дендритный кристалл — междендритное пространство» в первом приближении позволили для трехмерного измерения представить первичную структуру стали мартенситного класса марки 15Х13Н2 как материал, в котором более пластичные дендритные кристаллы отделены друг от друга твердой и хрупкой матрицей. Вследствие этого зафиксированная металлографическим анализом полосчатость структуры деформации (металлургическая наследственность), состоящая из зон, практически не способных гомогенизироваться, в макромасштабе может отражаться в нестабильности значений механических свойств при оценке качества сортового проката. При этом обнаруженные в затвердевших в последнюю очередь зонах эвтектики, на основе NbС, повышают вероятность нестабильности значений механических свойств проката. Подбор оптимального режима термической обработки, выполненный в лабораторных условиях на заготовке диаметром 25 мм, опробован в цеховых условиях на прокате диаметром 190 мм при закалке с температуры 990 °С и отпуске при 710 °С садки массой 10 т. Полученная микроструктура обеспечила требуемый уровень прочности и сопротивления хрупкому разрушению при отрицательных температурах в сортовом прокате за счет формирования мелкодисперсной ферритокарбидной смеси с определенной направленностью относительно «бывших» игл мартенсита в каждой из микроликвационных зон «дендритный кристалл — междендритное пространство».

1. Лаев К. А. Влияние легирования и термической обработки на структуру и свойства коррозионностойких высокохромистых сталей мартенситного и супермартенситного классов для изготовления труб нефтегазового сортамента: дис. ... канд. техн. наук. — Челябинск, 2016. — 142 с.
2. Гусев А. А. Особенности структурно-фазового состояния и свойств коррозионно-стойких сталей мартенситного и переходного классов для высокопрочных труб : дис. ... канд. техн. наук. — Москва, Екатеринбург, 2024. — 163 с.
3. Усков Д. П. Повышение эксплуатационных свойств высокопрочных комплекснолегированных сталей для обсадных труб в хладостойком и коррозионностойком исполнениях: дис. … канд. техн. наук. — Челябинск, 2023. — 158 с.
4. Ерехинский Б. А., Чернухин В. И., Арабей А. Б., Пышминцев И. Ю. и др. Разработка отечественных высокопрочных труб нефтяного сортамента, стойких в средах, содержащих сероводород // Транспорт и хранение нефтепродуктов. 2016. № 4. С. 40–46.
5. Путилова Е. А., Задворкин С. М., Веселов И. Н., Пышминцев И. Ю. Исследование структуры и физико-механических свойств перспективной высокопрочной экономно-легированной стали для нефтегазопромысловых труб, эксплуатируемых в экстремальных условиях // Физика металлов и металловедение. 2021. Т. 122. № 9. С. 993–1000. DOI: 10.31857/S0015323021090114
6. Костина М. В., Ригина Л. Г., Костина В. С., Кудряшов А. Э., Федорцов Р. С. Обзор исследований коррозионностойких сталей на основе Fe — ~13 % Cr: термическая обработка, коррозионная- и износостойкость // Известия вузов. Черная металлургия. 2023. Т. 66, № 1. С. 8–26.
7. Song Eun Ju. Hydrogendesorptioninsteels. Thesis for doctor of philosophy. Computational metallurgy. Graduate Institute of Ferrous Technology Pohang University of Science and Technology, 2015. — 106 р.
8. Палаткина Л. В., Куликов А. П., Щепкин И. А., Харламов В. О. Особенности структурообразования коррозионностойкой стали мартенситного класса марки 09Х16Н4БЛ // Черные металлы. 2025. № 3. С. 70-79.
9. ГОСТ 7564. Прокат. Общие правила отбора проб, заготовок и образцов для механических и технологических испытаний. — Введ. 01.01.1999.
10. ГОСТ 9450. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. — Введ. 01.01.1977.
11. Костылева Л. В. Создание новых научных принципов упрочнения железоуглеродистых сплавов на основе развития теории кристаллизации и микроликвации: дис. ... докт. техн. наук. — Волгоград, 2002. — 340 с.
12. Голиков И. Н., Масленков С. Б. Дендритная ликвация в сталях и сплавах. — М. : Металлургия, 1977. — 224 с.
13. Новиков И. И., Золоторевский В. С. Дендритная ликвация в сплавах. — М. : Наука, 1966. — 156 с.
14. Казаков А. А., Пахомова О. В., Казакова Е. И. Исследование литой структуры промышленного сляба ферритно-перлитной стали // Черные металлы. 2012. № 11. С. 9–15.
15. Агарков А. Ю., Руцкий Д. В., Зюбан Н. А., Бабин Г. В. Влияние обработки расплава проволокой с Са- и Ва-наполнителем на фазовый состав и загрязненность неметаллическими включениями при внепечной обработке и разливке стали 26ХМФБА // Черные металлы. 2021. № 12. C. 36–44.
16. Хайстеркамп Ф., Хулка К., Матросов Ю. И. и др. Ниобий содержащие низколегированные стали. — Москва : СП Интермет инжиниринг, 1999. — 90 с.
17. Jeglitsch F. Niobium in tool steels and cemented carbides // Proceedings of the International Symposium Niobium 2001. — Bridgeville: TMS, 2001. S. 1001–1040.
18. DeArdo A. J. Niobium in modern steels // International Materials Reviews, 2003. Vol. 48. P. 371–402.
19. Wu Lailei, Wang Yachun, Yan Zhigang et al. The phase stability and mechanical properties of Nb–C system: Using first-principles calculations and nano-indentation // Journal of Alloys and Compounds. 2013. Vol. 561. P. 220–227. DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.01.200
20. Шишлонова А. Н., Адищев П. Г., Мальков М. В. Входной контроль феррониобия, предназначенного для микролегирования стали // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2021. Т. 19, № 1. С. 69–74. DOI: 10.18503/1995-2732-2021-19-1-69-74
21. Корчемкина Н. В. Физико-химические свойства сплавов железо-ниобий, железо-ниобий-кремний и железо-ниобий-алюминий: автореф. дис. ... канд. хим. наук. — Екатеринбург, 2006. — 22 с.