Российские ученые работают над получением инновационного сверхлегкого и сверхпрочного типа стали — бейнита. Он найдет применение в авиационной промышленности, машиностроении и оборонном производстве. Статья исследователей опубликована в журнале Physics of Metals and Metallography.

Сталь представляет собой сплав железа и углерода, однако в зависимости от температуры, до которой нагревается железо, возможно получение нескольких типов структур стали. Это связано с тем, что в интервале от 0 до 911 °С железо кардинально меняет свои свойства. Так, существует низкотемпературная зона, при которой получают феррит, и высокотемпературная зона, при которой получают аустенит. При температуре ниже 911 °С аустенит переходит в более пластичную и мягкую фазу — феррит, возникающий при медленном охлаждении. В производстве структура феррита используется для механической обработки. Однако при резком охлаждении аустенита образуется еще одна, супертвердая фаза — мартенсит.

«Мартенсит является твердой фазой стали, поскольку при быстром охлаждении углерод не успевает выделиться полностью в виде карбида и «застревает» в ее структуре. Кроме того, при таком охлаждении появляется много микроскопических дефектов — дислокаций, не представляющих опасности, но упрочняющих сталь. Мартенсит — одновременно твердая и хрупкая структура. Наша задача заключается в том, чтобы создать сталь, сохраняющую высокую твердость мартенсита и обладающую достаточной пластичностью, а следовательно, меньшей хрупкостью», — рассказывает один из авторов статьи, доктор физико-математических наук, профессор Южно-Уральского государственного университета Джалал Мирзаев.

Основой проведенных учеными исследований стал бейнит. Это сталь, структура которой похожа на мартенсит. Она получается при добавлении таких элементов, как никель, хром, марганец, кремний и еще нескольких других. Сохраняя предельную прочность, бейнит отличается от мартенсита более высокой пластичностью. Однако пластичность бейнита не является предельной. В настоящее время ученые ЮУрГУ занимаются получением бескарбидного бейнита, что позволит увеличить его ударную вязкость, так как частицы карбида являются концентраторами напряжений, стимулирующих разрушение. Еще одним важным аспектом является сокращение времени производства такой стали.

Важно отметить, что новая сталь станет прочнее на 15–30 %. Она найдет применение как в оборонном производстве, так и в нефтедобывающей отрасли. Трубы, изготовленные из бескарбидного бейнита, будут не только обладать очень высокой ударной вязкостью, но и длительной прочностью в условиях арктического климата. В дальнейшем ученые займутся поиском оптимального состава новой стали, свойства которого зависят от того, в каких сферах производства материал будет использоваться.