Исследование процессов структурообразования при промышленном производстве высокопрочных термически обрабатываемых сталей и разработка математических моделей для их количественного описания и предсказания комплекса конечных механических свойств с учетом эффектов легирования

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-19-00281

НазваниеИсследование процессов структурообразования при промышленном производстве высокопрочных термически обрабатываемых сталей и разработка математических моделей для их количественного описания и предсказания комплекса конечных механических свойств с учетом эффектов легирования

Руководитель Колбасников Николай Георгиевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" , г Санкт-Петербург

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий

Ключевые слова Высокопрочные термически обрабатываемые конструкционные стали, горячая прокатка, отпуск, структура и механические свойства, математическое моделирование

Код ГРНТИ53.49.05

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Настоящий Проект направлен на решение проблемы создания интеллектуальной технологии управления структурой и конечными свойствами высокопрочных, износостойких свариваемых конструкционных сталей (см. комментарий внизу) с технологической цепочкой производства «горячая прокатка → закалка → отпуск». Данная интеллектуальная технология будет базироваться на использовании разработанной в рамках Проекта интегральной/сквозной компьютерной модели для описания эволюции микроструктуры сталей в процессе их производства в зависимости от химического состава, режимов термомеханической обработки и для предсказания комплекса конечных механических свойств (предела текучести, предела прочности, относительного удлинения), твердости и ударной вязкости. Для создания отмеченной интегральной компьютерной модели в Проекте решаются следующие комплексные задачи: − разработка математической модели, способной с хорошей точностью описывать эволюцию микроструктуры аустенита на стадии горячей прокатки современных сталей рассматриваемого класса, химический состав которых изменяется в следующем широком диапазоне: С(0.1÷0.3); Mn(1.5÷2.0); Si(0.2÷0.8); Cr(0.5÷1.0); Ni(1.0÷1.5); Mo(0.5÷0.7); Nb(0.01÷0.08); V(0.05÷0.1); Ti(0.01÷0.05); B(0.003÷0.005) (масс.%); − разработка математической модели для количественного описания эволюции микроструктуры сталей при их охлаждении при закалке после горячей прокатки и в процессе последующего отпуска; − разработка математической модели для предсказания изменений механических свойств и твердости в результате отпуска бейнитно-мартенситных структур закалки рассматриваемых сталей, а также ударной вязкости в отпущенном состоянии в зависимости от температуры испытаний; − разработка интегральной компьютерной модели/программы, реализующей перечисленные математические модели. Верификация/калибровка всех разрабатываемых математических моделей выполняется на основании обширной базы соответствующих данных, полученных в рамках Проекта в результате проведения комплекса экспериментальных исследований. Тематика предлагаемого Проекта соответствует направлению Н1 «Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта» Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации. Проект нацелен на решение масштабной проблемы мирового уровня, лежащей также в русле одного из направлений Национальной технологической инициативы, входящего в группу «Технологии», а именно, к направлению «Цифровое проектирование и моделирование». Практическое использование созданной интеллектуальной технологии применительно к производству рассматриваемых сталей позволит разрабатывать оптимальные химические составы сталей и режимы их промышленной обработки в короткие сроки и с минимальными производственными издержками. В связи с отмеченными моментами решение обозначенной проблемы Проекта является актуальным и практически важным. Мировые аналоги разрабатываемой в рамках Проекта интегральной компьютерной модели в настоящее время отсутствуют, что определяет научную новизну решения поставленной проблемы. ______________________________________________________________________________________________________________________ Комментарий. Высокопрочные, износостойкие свариваемые конструкционные стали с технологической цепочкой производства «горячая прокатка → закалка → отпуск» могут быть обосновано отнесены к конструкционным наноматериалам (или наноструктурированным материалам), поскольку их конечные механические свойства в значительной степени определяются формирующейся системой частиц фазовых выделений разной природы (карбидов, карбонитридов), которые имеют характерные размеры ~ 10 нм. На основании этого факта в пункте 1.2 в качестве приоритетного направления выбрано "Индустрия наносистем", а в качестве критической технологии − "Технология получения и обработки конструкционных наноматериалов". В приведенной аннотации и в дальнейшем, при описании содержательной части Проекта, для краткости, термины "наноматериалы" и "наноструктурированные материалы" не используются.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Васильев А.А., Соколов С.Ф., Соколов Д.Ф., Колбасников Н.Г. Modeling of grain growth kinetics in complexly alloyed austenite Журнал "Letters on Materials", V. 9, No. 4, pp. 419-423 (год публикации - 2019)
10.22226/2410-3535-2019-4-419-423

2. Васильев А.А., Соколов Д.Ф., Соколов С.Ф., Зисман А.А., Колбасников Н.Г. СOMBINED EFFECT OF BORON ALLOYING AND AUSFORMING ON AUSTENITE TRANSFORMATION IN LOW CARBON STEELS UNDER CONTINUOUS COOLING Журнал "Materials Physics and Mechanics" (год публикации - 2019)

3. Соколов Д.Ф., Васильев А.А., Соколов С.Ф., Колбасников Н.Г. О ВЛИЯНИИ ЛЕГИРОВАНИЯ БОРОМ НА ОБРАЗОВАНИЕ АЦИКУЛЯРНОГО ФЕРРИТА В НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ Изд-во ТГУ, Тольятти, сс. 43-44 (год публикации - 2019)

4. Васильев А.А., Соколов Д.Ф., Соколов С.Ф., Зисман А.А. EXPERIMENTAL STUDY AND MODELING OF PRE-DEFORMATION EFFECT ON AUSTENITE TO FERRITE TRANSFORMATION MATERIALS PHYSICS AND MECHANICS, V. 44, No. 3, pp. 366-379 (год публикации - 2020)
10.18720/MPM.4432020_8

5. Васильев А.А., Соколов С.Ф., Соколов Д.Ф., Зисман А.А. MODELING OF STATIC RECRYSTALLIZATION IN ALLOYED AUSTENITE WITH ACCOUNT OF RECOVERY Proceedings of the 29th International Conference on Metallurgy and Materials (Metal 2020), pp. 506-511 (год публикации - 2020)
10.37904/metal.2020.3511

6. Васильев А.А., Соколов Д.Ф., Соколов С.Ф. MODELING MICROSTRUCTURE EVOLUTION DURING THERMOMECHANICAL PROCESSING AND HEAT TREATMENT OF STEELS AND PREDICTING THEIR FINAL MECHANICAL PROPERTIES MATERIALS PHYSICS AND MECHANICS, V. 44, No. 4 (год публикации - 2020)

7. Васильев А.А., Соколов Д.Ф., Соколов С.Ф., Колбасников Н.Г. Integral Computer Model for Simulating Microstructure Evolution during Thermomechanical Processing and Heat Treatment of Steels and Predicting their Final Mechanical Properties Materials Science Forum, V. 1016, pp. 1532-1537 (год публикации - 2020)

8. Васильев А.А., Голубков Н.А., Соколов Д.Ф., Соколов С.Ф. ИССЛЕДОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ МАРТЕНСИТНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ В ВЫСОКОПРОЧНЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЯХ Cборник тезисов XX международной научно-технической конференции «Уральская школа-семинар металловедов − молодых ученых», с. 274-277 (год публикации - 2020)

9. Васильев А.А., Соколов С.Ф., Соколов Д.Ф., Колбасников Н.Г. MODELING OF STATIC RECRYSTALLIZATION IN COMPLEXLY ALLOYED AUSTENITE Materials Physics and Mechanics, V. 44, No. 3, pp. 348-365 (год публикации - 2020)
10.18720/MPM.4432020_7

10. Васильев А.А., Соколов Д.Ф., Соколов С.Ф. EXPERIMENTAL STUDY AND MODELING OF CHANGING MECHANICAL PROPERTIES IN TEMPERING OF BAINITIC-MARTENSITIC STEELS Materials Physics and Mechanics (год публикации - 2021)

11. Васильев А.А., Соколов Д.Ф., Соколов С.Ф. INVESTIGATION AND MODELING OF THE EFFECT OF PRE-DEFORMATION OF AUSTENITE ON THE KINETICS OF FERRITIC TRANSFORMATION Letters on Materials, v.11, №1, pp.90-94 (год публикации - 2021)
10.22226/2410-3535-2021-1-90-94

12. Колбасников Н.Г., Сахаров М.С., Кузин С.А., Тетерятников В.С. Stability of Untransformed Austenite in M/A Phase of Bainitic Structure of Low-Carbon Steel Metal Science and Heat Treatment, v.63, pp.63-69 (год публикации - 2021)
10.1007/s11041-021-00648-y

13. Васильев А.А., Соколов Д.Ф., Соколов С.Ф., Голубков Н.А. MODEL FOR PREDICTING IMPACT TOUGHNESS OF INDUSTRIAL HOT ROLLED HSLA STEELS Материалы международного симпозиума «ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ», Минск, 23-27 августа 2021 года., cc.105-107 (год публикации - 2021)

14. Васильев А.А., Соколов С.Ф., Соколов Д.Ф. MODELING OF COPPER PARTICLES PRECIPITATION IN FERRITE Материалы 5-ой научно-практической конференции с международным участием «Инновационные технологии в материаловедении и машиностроении (ИТММ-2021»), Пермь, 27 сентября - 1 октября 2021 года., сс.47-52 (год публикации - 2021)

15. Васильев А.А., Соколов С.Ф., Соколов Д.Ф. MODELING OF CARBIDES AND COPPER PARTICLES PRECIPITATION DURING TEMPERING OF BAINITIC-MARTENSITIC Cr-Mo-V-Cu STEELS Materials Physics and Mechanics, v.47, №4, pp.543-556 (год публикации - 2021)
10.18149/MPM.4742021_1

16. Васильев А.А., Соколов Д.Ф., Соколов С.Ф. MODELING IMPACT TOUGHNESS OF INDUSTRIAL HOT ROLLED HSLA STEELS PROCEEDINGS OF THE 30th International Conference on Metallurgy and Materials (Metal 2021), pp.483-488 (год публикации - 2021)
10.37904/metal.2021.4131

Публикации