Фото: предоставлено КП
В Магнитогорском техническом университете имени Г. И. Носова ведутся передовые исследования по созданию металлов, сочетающих высокую прочность и пластичность. Обычно металл либо прочен, но хрупок, либо пластичен, но теряет механическую прочность. Чтобы преодолеть это фундаментальное противоречие, ученые пошли по новому пути — не менять химический состав, а модифицировать внутреннюю структуру металла, управляя размером и распределением зерен.
- В нашей лаборатории мы занимаемся горячей прокаткой и управлением микроструктурой металлов, в частности — измельчением зерна, — рассказывает Александр Песин, заместитель заведующего лабораторией «Механика градиентных наноматериалов им. А. П. Жиляева» МГТУ им. Г. И. Носова, — один из ключевых параметров — размер зерна, который напрямую влияет на механические свойства металла. В промышленности сегодня, для низкоуглеродистых сталей, удается достичь так называемого 8 балла зерна, что соответствует примерно 2000 зерен на квадратный миллиметр поперечного сечения. Мы же в лабораторных условиях добились 15-17 балла — до 256 000-1 024 000 зерен на мм². При этом размер зерна всего 1–2 мкм, что существенно меньше, чем 8 до 15 мкм при традиционной прокатке и меньше чем на широкополосном стане 1700 в Японии, где с использованием асимметричной прокатки получают 4-7 мкм.
Фото: предоставлено КП
Сегодня в лаборатории мирового уровня «Механика градиентных наноматериалов им. А. П. Жиляева» трудятся около 30 специалистов. Помимо ученых МГТУ им. Г. И. Носова, в команду входят исследователи из университетов Челябинска, Москвы, Липецкой области и других научных центров России.
Начиная с 2018 года, работа была поддержана мегагрантом по постановлению №220 Правительства РФ, гранта РНФ для лаборатории мирового уровня и др.
С открытием лаборатории в 2021 году был введен в эксплуатацию новый лабораторно-промышленный прокатный стан — единственный в мире, позволяющий изменять отношение скоростей вращения рабочих валков от 1 до 10. Стан официально признан уникальной научной установкой.
- Существуют различные способы измельчения зерна в металле — например, путем легирования дорогостоящими добавками. Это широко применяется в промышленности. Нам удалось добиться существенного повышения прочности, пластичности и ударной вязкости низкоуглеродистых сталей без изменения их химического состава», — объясняет Александр Песин, – в настоящее время мы разработали две оригинальные технологические схемы с использованием асимметричного деформирования для реверсивного и широкополосного стана горячей прокатки. Казалось бы, использование асимметричной прокатки, то есть разных условий на контакте с верхним и нижним рабочими валками должно приводить к существенной неравномерности структуры и свойств по толщине металла, однако в реальности происходит обратное: структура и свойства по толщине металла выравниваются. Одно из ключевых преимуществ асимметричной прокатки — значительное снижение усилия деформирования. Например, для высокопрочной инструментальной стали R6M5 в горячем состоянии использование асимметрии позволяет добиться деформации в 67% за 1 проход с усилием 270 кН, в отличие от использования 5 проходов с усилиями 1100 -1500кН в каждом при традиционной технологии.
Экспериментально показана возможность снижения с 3 циклов (прокатка-отжиг) до 1 при производстве высокопрочной ленты из сталей марок 50, 70 и 65Г. Вместо месяца по стандартной технологии, то же самое можно сделать за 10 дней.
Аналогичные эффекты сокращения циклов (прокатка-отжиг) получены также для нержавеющей стали и алюминиевых сплавов. Например, удалось прокатать алюминиевый сплав Д16 с 6 до 0,1 мм, 98,6% деформации без какой-либо термической обработки в холодном состоянии. Хотя при традиционном процессе, металл разрушится даже при 45-50% деформации.
Фото: предоставлено КП
Технология показала высокую эффективность и при работе с алюминиевыми сплавами. Например, удалось прокатать алюминий с толщины 8 мм до 1 мм за один проход. Еще одним важным эффектом при асимметричной прокатке является деформационный нагрев.
- Мы можем начинать прокатку в холодном состоянии, а завершать — фактически в горячем, — объясняет Александр Песин, — например, при прокатке алюминиевого листа марки D16 за счет высоких сдвиговых деформаций происходит значительный разогрев материала, вплоть до расплавления.
Следует отметить комплекс выполняемых проектов. В них участвуют не только прокатчики, но и специалисты из смежных областей: электрики, металловеды, литейщики, сталеплавильщики и многие другие специалисты — как из МГТУ им. Г. И. Носова, так и с промышленных предприятий.
Разработки магнитогорских ученых вызвали интерес у ведущих металлургических предприятий, таких как ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат», ПАО «КУМЗ», АО «ВМЗ», ОАО «Самарский металлургический завод», ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА», ЗАО «Магнитогорский завод прокатных валков» и других партнеров.
erid: 2W5zFHZ1w2p
Реклама ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова», ИНН 7414002238