Магнитогорский государственный университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия

П. П. Полецков, профессор кафедры обработки материалов давлением им. М. И. Бояршинова, докт. техн. наук
Ю. Ю. Ефимова, доцент кафедры литейных процессов и материаловедения, канд. техн. наук
А. С. Кузнецова, доцент инжинирингового центра, канд. техн. наук, эл. почта: allakuznetsova.mgtu@mail.ru
Д. Ю. Алексеев, инженер инжинирингового центра, канд. техн. наук

Многолетний опыт работы ученых ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г. И. Носова» позволил разработать химические составы сталей и режимы термической обработки, обеспечивающие заданный уровень механических свойств, а также освоить инновационные технологии производства четырех видов металлопроката из хладостойких высокопрочных сталей. Представлены итоги разработки новых хладостойких высокопрочных сталей для их многоцелевого применения в различных отраслях техники. Выявлено, что стали двух систем легирования после закалки, а также после закалки с последующим отпуском обеспечивают комплекс трудносочетаемых механических характеристик, определенный для четырех видов материалов: 1) σ_в = 580-950 МПа и KСV-70 ≥100 Дж/см² после закалки от 860 оС и отпуска при 600 оС; 2) σ_в = 950-1200 МПа и KСV-70 ≥50 Дж/см² после закалки от 860 ^оС и отпуска при 500 ^оС; 3) σ_в = 1200-1500 МПа и KСV-70 ≥30 Дж/см2 после закалки от 860 ^оС; 4) σ_в ≥ 1500 МПа и KСV-70 ≥25 Дж/см² после закалки от 910 ^оС. Установлено, что применение закалки при термической обработке обеспечивает наиболее высокие значения хладостойкости (KСV-70 ~ до 50 Дж/см²) для стали с максимальным содержанием элементов (% (мас.)) 0,23 С — 0,3 Si — 1,2 Mn — 2,4 (Ni + Cu + Mo) — 0,03 Ti — 0,005 B за счет повышенного содержания комплекса добавок (Ni + Cu + Mo); а режим «закалка — высокий отпуск» позволяет достигать значения хладостойкости KСV-70 ~ до 250 Дж/см² для стали химического состава (% (мас.)) 0,24 С — 0,6 Si — 1,6 Mn — 0,3 (Ni + Cu + Мо) — 0,005 B за счет более полного разрушения реечного строения α-фазы в микроструктуре и протекания процесса сфероидизации.

Исследование выполнено в ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г. И. Носова» за счет гранта Российского научного фонда № 23-19-20018 от 20.04.2023, а также средств Минобрнауки Челябинской области (Соглашение № 30-2025-002767 от 07.07.2025 г.), https://rscf.ru/project/23-19-20018/.

1. Основы государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2035 года. — URL: http://www.scrf.gov.ru/media/files/file/W5JeWAnrAyplMIMHXFRXEmQwLOUfoesZ.pdf (дата обращения: 02.06.2025).
2. Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации России и обеспечения национальной безопасности до 2035 года. — URL: http://www.scrf.gov.ru/media/files/file/hcTiEHnCdn6TqRm5A677n5iE3 yXLi93E.pdf (дата обращения: 02.06.2025).
3. Хлусова Е. И., Сыч О. В. Создание хладостойких конструкционных материалов для Арктики. История, опыт, современное состояние // Инновации. 2018. № 11 (241). С. 85–92.
4. Чукин М. В., Полецков П. П., Набатчиков Д. Г. и др. Анализ технических требований, предъявляемых к ультрахладостойкому листовому прокату // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2017. Т. 17, № 2. С. 52–60.
5. Полецков П. П., Гулин А. Е., Емалеева Д. Г., Кузнецова А. С., Алексеев Д. Ю., Кухта Ю. Б. Анализ актуальных направлений исследований в области производства многофункциональных материалов для экстремальных условий эксплуатации // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2021 Т. 19. № 3. С. 109–114.
6. Хлусова Е. И., Сыч О. В., Орлов В. В. Хладостойкие стали. Структура, свойства, технологии // ФММ. 2021. Т. 122. № 6. С. 621–657.
7. Сыч О. В. Научно-технологические основы формирования структуры и свойств хладостойких сталей для Арктики : дис. … докт. техн. наук. ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" им. И. В. Горынина», НИЦ «Курчатовский институт», 2024. — 469 с.
8. Полецков П. П., Копцева Н. В., Ефимова Ю. Ю., Кузнецова А. С. Экспериментальное исследование трещиноустойчивости при сварке высокопрочной стали повышенной хладостойкости // Черные металлы. 2024. № 12. С. 35–40.
9. Poletskov P. P., Koptseva N. V., Efimova Yu. Yu., Kuznetsova A. S. 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 // CIS Iron and Steel Review. 2024. Vol. 28. P. 63–68.
10. Сыч О. В. Научно-технологические основы создания хладостойких сталей с гарантированным пределом текучести 315-750 МПа для Арктики. Ч. 1. Принципы легирования и требования к структуре листового проката // Вопросы материаловедения. 2018. № 3 (95). С. 22–47.
11. Keehan E., Karlsson L., Andrén H.-O. Influence of carbon, manganese and nickel on microstructure and properties of strong steel weld metals: Part 1. Effect of nickel content // Science and Technology of Welding and Joining. 2006. Vol. 11. No. 1. Р. 1–8.
12. Матросов Ю. И., Зикеев В. Н. Микролегирование низкоуглеродистых низколегированных сталей титаном // Металловедение и термическая обработка металлов. 2021. № 11. С. 25–31.
13. Medina S. F., Chapa M., Vega M. I. Influence of Ti and N contents on precipitation and austenite grain size at high temperatures in structural steels // Thermomechanical Processing of steels: Church House Conference Centre. 2000. London, UK. P. 214–220.
14. Тарасов Г. Ф., Горбуля А. И. Термическая обработка сталей как фактор повышения их износостойкости при низких температурах // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М. Ф. Решетнева. 2005. № 3. С. 253–257.
15. Aguiari M., Palombo M., Rizzo C. M. Performance characterization of highstrength steel and quenched and tempered steels and their joints for structural applications // Welding in the World. 2021. Vol. 65. Р. 289–300.
16. Barényi I., Híreš O., Lipták P. Changes in mechanical properties of armoured UHSLA Steel ARMOX 500 after over tempering // Problems of Mechatronics, Armament, Aviation, Safety Engineering. 2013. Vol. 4, Iss. 14. Р. 7–14.

17. Шиляев П. В., Богач Д. И., Краснов М. Л. и др. Механические свойства и структурное состояние листового проката из высокопрочной износостойкой свариваемой стали H500 MAGSTRONG // Металловедение и термическая обработка металлов. 2020. № 11 (785). C. 8–12.
18. Полецков П. П., Яковлева И. Л., Копцева Н. В. и др. Исследование структуры и свойств новой хладостойкой высокопрочной стали, эксплуатируемой в условиях интенсивного износа // Металловедение и термическая обработка металлов. 2021. № 11 (797). С. 32–38.
19. Казаков А. А., Киселев Д. В., Сыч О. В., Хлусова Е. И. Методика оценки микроструктурной неоднородности по толщине листового проката из хладостойкой низколегированной стали арктического применения // Черные металлы. 2020. № 9. С. 11–19.
20. Poletskov P. P., Koptseva N. V., Efimova Yu. Yu., Kuznetsova A. S. Influence of heat treatment on forming the complex of properties for high-strength cold-resistance steel // CIS Iron and Steel Review. 2023. Vol. 25. Р. 73–78.
21. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986.
22. ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. — Введ. 01.01.1979.
23. ГОСТ 8233-56. Сталь. Эталоны микроструктуры. — Введ. 01.07.1957.
24. Саенков К. Л., Оглезнева С. А., Гревнов Л. М. Теории аустенитно-мартенситных превращений // Фундаментальные исследования. 2017. № 12. С. 121–125.
25. Иванов Ю. Ф. Влияние размера зерна исходного аустенита на структуру пакетного мартенсита сталей и сплавов железа // Известия вузов. Черная металлургия. 1995. № 12. С. 33–38.