Научные основы хладноломкости конструкционных сталей с ОЦК кристаллической решеткой и деградации их структуры при эксплуатации в условиях отрицательных температур Scientific basis for cold shortness of structural bcc steels and their structural degradation at below zero temperatures

Работа посвящена физическим основам проблемы хладноломкости конструкционных сталей с ОЦК-решеткой и методам снижения температуры вязкохрупкого разрушения. Проведено комплексное исследование деградации структурно-фазового состояния трубной стали 09Г2С магистрального газопровода Якутии после длительной (более 30 лет) эксплуатации. Выявлены важные закономерности разрушения перлитных колоний с выделением карбидов на границах зерен феррита. С этим связано хрупкое разрушение газопроводов. Показано, что низкотемпературные кинетические процессы в магистральных трубопроводах, обусловливающие деградацию их структуры и свойств, связаны с межузельными атермическими структурными состояниями в зонах локальной кривизны кристаллической решетки. Это принципиально новый механизм, который ранее не был известен. Теплая прокатка трубных сталей создает в них продольную текстурированную полосовую структуру, в которой чередуются полосы исходных ферритных зерен и полосы мелких зерен с карбидными выделениями, возникающими при деградации пластинчатого перлита. Такая структура позволяет сместить температуру вязкохрупкого перехода до -80 °С и обеспечить при этой температуре пластичность δ = 22 %. Создание в поверхностных слоях трубной стали наноструктурированной вихревой структуры с развитой кривизной повышает их усталостную долговечность в 3.5 раза. The paper considers the physics of cold shortness of structural bcc steels and methods of reducing the ductile-brittle fracture temperature. A complex study was performed to examine the degradation of structural phase state of pipe steel 09Mn2Si from the main gas pipeline of Yakutia after long-term (over 30 years) operation. Important regularities of fracture of pearlite colonies with carbide precipitation on ferrite grain boundaries were revealed. This phenomenon is associated with ductile fracture of gas pipelines. It is shown that the low-temperature kinetic processes in main pipelines which define the degradation of their structure and properties are related to interstitial athermal structural states in the zones of local crystal structure curvature. This is a fundamentally new, as yet unknown, mechanism. Pipe steels in hot rolling acquire a longitudinal textured band structure with alternating bands of initial ferrite grains and bands of fine grains with carbide precipitates formed during lamellar pearlite degradation. This type of structure allows for a shift of ductile-brittle transition temperature down to -80 °C and plasticity δ = 22% at this temperature. The production of high-curvature vortex structure in pipe steel surface layers results in a 3.5-fold increase in their service life.