У дисертації зроблено теоретичне узагальнення і запропоновані нові рішення наукових і практичних задач, які полягають у подальшому розвитку уявлень про формування структури і властивостей спеціальних у концепції решіток співпадаючих вузлів низькоенергетичних внутріфазних і міжфазних границь та їх похідних – стиків і вузлів у металах і сплавах промислового виробництва з ГЦК, ОЦК і ГЩУ кристалічними решітками. Встановлені закономірності дають можливість науково обґрунтовано управляти структурою та комплексом фізико-механічних і корозійних властивостей промислової металопродукції. Вперше методами дифракційної електронної мікроскопії в промислових матеріалах – сталі 02Х18Н11 і 08Х18Н10Т, міді, a-латуні – виявлені особливі структурні та енергетичні властивості границь =3n; установлено високу ступінь відповідності між теоретичними і встановленими експериментально кутами повороту кристалів, що дозволяє використовувати границі =3n у якості еталонів для одержання точних значень орієнтаційних параметрів при дослідженні зернограничних ансамблів у полікристалічних матеріалах. Установлено, що багаторазова взаємодія границь =3n між собою і з границями загального типу в полікристалічних матеріалах із ГЦК решітками – призводить до широкого набору нових орієнтацій щодо вихідної та до утворення нових спеціальних границь =3n, включаючи =243. Розроблено теоретичний принцип знаходження матриць повороту для спеціальних границь при відомих матрицях інших границь, які входять у потрійні й множинні стики або більш складні зернограничні ансамблі. На його основі розроблена оригінальна методика, що дозволяє визначати характеристики спеціальних границь без застосування складних дифракційних методів дослідження. Вперше методами світлової й дифракційної електронної мікроскопії в матеріалах із ГЦК решітками виявлені нові стабільні елементи полікристалічної структури: спеціальні множинні стики і множинні вузли. Виконана оцінка енергетичних умов стійкості й розпаду таких елементів структури при рекристалізаційних відпалах і запропонована їх кристалографічна класифікація. Установлено прогресивне збільшення відносної кількості спеціальних границь =3n, множинних стиків і вузлів зі збільшенням ступеня деформації, підвищенням температури й збільшенням тривалості відпалу. Показано, що низька рухливість зазначених елементів сприяє стабілізації зеренної структури полікристалів при високих температурах. Показана підвищена корозійна стійкість спеціальних границь зерен у порівнянні з границями загального типу в сильно окислювальних корозійно агресивних середовищах. Вміст більше 60% низькоенергетичних границь у структурі сталі 02Х18Н11 забезпечує швидкість міжкристалітної корозії не більше 0,5 мм/рік при випробуванні в киплячій концентрованій азотній кислоті. Вперше теоретично і експериментально встановлено, що при гартуванні матеріалів з ОЦК решітками між рейками в пакетах низьковуглецевого мартенситу формуються спеціальні границі, які описуються =3; =11; =33; і =129 у концепції РСВ. Вони мають високу щільність співпадаючих вузлів і низьку поверхневу енергію, що обумовлює відносно високу пластичність і стійкість до рекристалізації при нагріві матеріалів з такими структурами. Теоретичними дослідженнями і методами електронної мікроскопії й мікродифракції вперше встановлена наявність спеціальних низькоенергетичних границь зерен у промисловому сплаві Zr1Nb з ГЩУ решіткою; показана їх роль у формуванні структури і властивостей сплаву при високотемпературних технологічних обробках (пресуванні, -гартуванні). Теоретично встановлено і експериментально підтверджено, що між ОЦК решіткою фериту і орторомбічною цементиту при дифузійному розпаді аустеніту реалізується орієнтаційне співвідношення не Багаряцького, як це вважалося раніше, а Ісайчева, яке забезпечує утворення решітки співпадаючих вузлів, чітке кристалографічне огранювання цементитних пластин і низьку енергію міжфазних границь ферит-цементит у колоніях перліту. Вперше методами світлової мікроскопії встановлена наявність спеціальних низькоенергетичних границь у фериті малоперлітних сталей та оцінена їх відносна кількість у гарячекатаних трубах із сталі 06Х1-У, яка складає nспец/nзаг..» 12%.
На основі аналізу й узагальнення отриманих теоретичних і експериментальних результатів створені й впроваджені у виробництво нові та вдосконалені технологічні процеси і технології:
– розроблені та впроваджені з використанням нових режимів відпалу і гартування технології виробництва гарячедеформованих і холоднокатаних труб зі сталі 02Х18Н11 (а. с. №15073037); виготовлені промислові партії труб з високими гарантованими стійкістю проти міжкристалітної корозії та механічними властивостями; – розроблені науково обґрунтовані температурно-деформаційні режими високотемпературного пресування при температурах -області переробних труб з литого цирконієвого сплаву Zr1Nb, що враховують наявність спеціальних низькоенергетичних границь у структурі сплаву. Ці режими використані при створенні вітчизняної технології виробництва труб-оболонок тепловиділяючих елементів реакторів ВВЕР-1000 атомних енергетичних установок; виготовлені дослідні партії труб-оболонок твел, які за основними якісними показниками відповідають вимогам технічних умов України та їх зарубіжних аналогів; – розроблена і впроваджена на ЗАТ «Нікопольський завод сталевих труб «ЮТіСТ» технологія виробництва нафтогазопровідних труб зі сталі 06Х1-У підвищеної корозійної стійкості у агресивних нафтопромислових середовищах; розроблені промислові технічні умови на виробництво труб з високими гарантованими корозійними і механічними властивостями; виготовлені і передані ВАТ «Укрнафта» промислові партії труб, використання яких дозволить значно продовжити термін безаварійної експлуатації трубопроводів; – випробувана вдосконалена технологія виробництва листового прокату зі сталі 10Г2ФБ на ВАТ «Маріупольський металургійний комбінат ім. Ілліча», яка дозволяє поліпшити структуру, підвищити механічні властивості металу та збільшити вихід годної продукції; – розроблені для промислового використання методи металографічного контролю труб із цирконієвого сплаву для атомної енергетики. 12. Економічна доцільність дисертаційної роботи визначається: – економічним ефектом від впровадження і використання гарячедеформованих труб зі сталі 02Х18Н11 з високими гарантованими властивостями (за експертною оцінкою 12 000 грн. на 1т. труб) та зниженням браку по міжкристалітній корозії холоднокатаних труб зі сталі 02Х18Н11, виготовлених із застосуванням нових температурних режимів обробки; – очікуваним економічним ефектом від використання в Україні труб-оболонок твел вітчизняного виробництва зі сплаву Zr1Nb замість імпортних при виготовленні тепловиділяючих збірок реакторів ВВЕР 1000; – очікуваним економічним ефектом від впровадження на ЗАТ «Нікопольський завод сталевих труб «ЮТіСТ» енергозберігаючої технології виробництва нафтогазопровідних труб з нової сталі 06Х1-У та від використання труб підвищеної корозійної стійкості у нафтогазовій галузі. Основний зміст роботи викладено в публікаціях: Большаков В.И., Сухомлин Г.Д., Погребная Н.Э. Атлас структур металлов и сплавов. Днепропетровск: Gaudeamus. – 2001. – 114 с. Копецкий Ч.В., Андреева А.В., Сухомлин Г.Д. Процессы множественного двойникования и особые свойства =3n границ в ГЦК кристаллах. // Препринт ИПТМ АН СССР, Черноголовка, – 1991, – 52 с. Сухомлин Г.Д. Расчет азимутальной составляющей малых углов между рефлексами дифракционных картин от сопряженных кристаллов. // Сб. научных трудов. Строительство, материаловедение, машиностроение. Сер.: Стародубовские чтения-2006. Дн-ск. – 2006. – С. 119-126. Сухомлин Г.Д. Кристаллографические особенности перлита доэвтектоидной стали. // Физика металлов и металловедение. – 1976. – Т. 42. № 5. – С. 965-970. Большаков В.И., Сухомлин Г.Д. Металлографическое определение кристаллографической структуры и матриц поворота решеток специальных границ в ГЦК поликристаллах. // Сборник науч. трудов. Строительство, материаловедение, машиностроение. Сер.: Стародубовские чтения-2004. Днепропетровск. – 2004. – С.174-180. Сухомлин Г.Д., Андреева А.В. Топологические особенности развития структуры поликристаллов, обусловленные процессами двойникования. // Физика металлов и металловедение. – 1988. – Т. 66, вып. 3. – С. 509-517. Kopezky Ch.V., Andreeva A.V., Sukhomlin G.D. Multiple twinning and specific properties of =3n boundaries in FCC crystals. // Acta Metallurgica et materialia. – 1991. – Vol. 39, №7. – P. 1603-1615. Сухомлин Г.Д. Взаимодействие границ отжига в ГЦК поликристаллах. // Физика металлов и металловедение. – 1982. – Т. 54, вып. 1. – С. 192-194. Сухомлин Г.Д. Множественные специальные стыки границ зерен в ГЦК поликристаллах. // Физика металлов и металловедение.– 1982. – Т. 54, вып. 2. – С. 402-405. Sukhomlin G. D., Andreeva A. V. Particular properties of =3n boundaries in FCC polycrystals. I.Crystallographical parameters and boundaries faceting during annealing. // Phys. stat. sol (a), – 1983. – Vol. 78. – Р. 333-341. Копецкий Ч.В., Андреева А.В., Сухомлин Г.Д. Специальные множественные стыки границ зерен в ГЦК металлах. // Физика металлов и металловедение. – 1986. – Т. 6, вып. 2. – С. 349-357. Специальные границы в мартенситных структурах низкоуглеродистых сталей. / Большаков В.И., Сухомлин Г.Д., Эснуф К., Лаухин Д.В., Бекетов А.В., Куксенко В.И. // Металознавство та термічна обробка металів. – 2006. – №4. – С. 5-14. Большаков В.И., Тихонюк А.Н., Миронова О.Ю., Сухомлин Г.Д. Формирование субструктуры при многократной горячей деформации аустенита. // Металознавство та термічна обробка металів: Науков. інформ. жур. ПДАБтаА. – 1999. –№ 3.–С.41-47. Дергач Т.О., Сухомлин Г.Д., Дейнеко Л.М. Вплив бору на структуроутворення та опір міжкристалітній корозії аустенітної сталі // Металознавство та обробка металів. Науково-технічний журнал. ФТІМС. Київ. – 2004. – № 2. – С. 54-61. Дергач Т.А., Сухомлин Г.Д., Дейнеко Л.Н. Исследование процессов структурообразования при термической обработке труб из аустенитных коррозионностойких сталей с целью повышения стойкости против межкристаллитной коррозии // Металознавство та термічна обробка металів: Науков. інформ. жур. Придніпровська держ. академія будівництва та архітектури. – 2003. – № 2. – С. 99-109. Дергач Т.А., Сухомлин Г.Д. Влияние термической обработки на структуру и стойкость против МКК стали 03Х18Н11. // Сб. науч. трудов: Строительство, материаловедение, машиностроение. Сер.: Стародубовские чтения-2005.– 2005.– С. 134-144. Карпов Н.А., Дергач Т.А., Сухомлин Г.Д., Северина Л.С., Сухаревская О.С., Иванилова Л.И. Ускоренное испытание металлопродукции из стали 03Х18Н11 на стойкость против межкристаллитной коррозии.//Защита металлов.– 1988. – № 6.– С. 140-145. Сухомлин Г.Д., Янковский В.М. Влияние термомеханической обработки с регламентированным охлаждением на структуру и свойства стали 36Г2С. // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 1977. № 4. – С. 82-83. Сухомлин Г.Д., Цыба Н.В., Кривошеева А.А. О стержневидном цементите в перлитных структурах. // Металлофизика. – 1984. – Т. 6. № 3. – С. 99-100. Сухомлин Г.Д., Вахрушева В.С., Дергач Т.А. Теоретические и экспериментальные исследования структуры литого и горячедеформированного сплава циркония при разработке технологии производства труб-оболочек твэл. // Сб. науч. трудов. Строительство, материаловедение, машиностроение. Сер.: Стародубовские чтения-2007. - Дн-вск, ПГАСА. – 2007. – С. 41-47. Вахрушева В.С., Сухомлин Г.Д., Дергач Т.А. Новые представления о структуре циркониевого сплава Zr-1%Nb для производства труб-оболочек твэл. // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. Харьков. – 2007. № 2 (90). – С. 125-128. Вахрушева В.С., Сухомлин Г.Д., Коленкова О.А. Особенности процессов структурообразования в сплавах циркония с ниобием в литом и горячедеформированном состояниях.//Металловедение и термическая обработка металлов. –2002. № 2-3.–С 11-18. Вахрушева В.С., Сухомлин Г.Д., Дергач Т.А. Особенности технологии изготовления труб-оболочек ТВЭЛ из сплава Zr1Nb В Украине. // Труды XIV Международной конференции по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению. 12-17 июня 2000, Алушта. Харьков. – 2000 – С. 122-124. Вахрушева В.С., Сухомлин Г.Д., Дергач Т.А. Комплексная оценка качества изготовленных в Украине первых опытных партий труб-оболочек ТВЭЛ из сплава Zr1Nb. // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. Харьков. – 1999. № 2. – С. 27-32. Вахрушева В.С., Дергач Т.А., Сухомлин Г.Д., Северина Л.С. Анализ технологи изготовления и комплексной оценки качества опытной партии труб-оболочек твэл из сплава Zr1Nb. // Сб. Производство труб и баллонов. Днепропетровск. –2002.- С.76-84. Вахрушева В.С., Сухомлин Г.Д., Дергач Т.А., Замощиков Ю.Б., Медведев М.И. Разработка принципиальной технологической схемы промышленного производства труб-оболочек твэл из сплав Zr1Nb в Украине. // ВАНТ. Сер.: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. – 2002. – № 6. – С. 84-87. Специальные границы и множественные стыки в доэвтектоидном феррите низкоуглеродистых сталей. / Большаков В.И., Сухомлин Г.Д., Лаухин Д.В., Бекетов А.В., Дергач Т.А., Куксенко В.И. // Зб. наукових праць «Теоретичні основи будівництва» Придніпровської державної академії будівництва та архітектури та Варшавського технічного університету. Варшава. – 2007.– С. 72-79. Дергач Т.А., Карпов Н.А., Сухомлин Г.Д. Новые разработки в области производства труб нефтяного сортамента повышенной коррозионной стойкости. // Сб. науч. трудов. Строительство, материаловедение, машиностроение. Сер: Стародубовские чтения. – 2003. – С. 139-145. Проскуркин Е.В., Дергач Т.А., Сухомлин Г.Д., Арустамов С.С., Евдокимов В.С. Повышение эксплуатационной надежности и долговечности труб нефтяного сортамента – главная задача сегодняшнего дня. // Производство проката. – 2003. – № 10. – С. 26-35.
Додаткові наукові результати відображені в публікаціях: Сухомлин Г.Д. Расчет азимутальной составляющей малых углов между отражениями сопряженных фаз. // Тезисы докладов X-ой Всесоюзной конференции по электронной микроскопии. М. – 1976. – С. 207-209.
Сухомлин Г.Д. Совместная стереопроекция для работы с ориентационным соотношением аустенит-карбид М5С2. Тезисы докладов XI-й Всесоюзной конференции по электронной микроскопии. М.: Ташкент, – 1979.– С. 266. Аndreeva А.V., Sukhomlin G.D., Firsova A. A. Symmetry and stability of multiple junctions of =3n grain boundaries. //Abstracts of 6th International Conference on Intergranular and Interphase boundaries in Materials, Thesaloniki, Greece, – 1992. – Р. 303-304. Сухомлин Г.Д. Кристаллографическая ориентация фасеток специальных границ =3 в нержавеющей стали. // Тезисы I Всесоюзной научной конференции «Структура и свойства границ зерен», Уфа, – 1983.– С. 188. Вахрушева В.С., Правдин Ю.М., Дергач Т.А., Сухомлин Г.Д. Разработка технологических схем и изготовление опытных партий труб-оболочек ТВЭЛ из сплава Zr1Nb в Украине. // Атомная энергетика на пороге XXI века.: Сборник докладов международной конференции, 8-10 июня 2000. Электросталь. – 2000. – С. 169-175. Дергач Т.А., Сухомлин Г.Д. О влиянии технологических и структурных факторов на стойкость к межкристаллитной коррозии горячедеформированных труб из особо низкоуглеродистых сталей 03Х18Н11 и 03Х17Н14М3 – при освоении их промышленного производства. // Тезисы докладов Семинара с международным участием «Новое в разработке, производстве и применении специальных сталей и сплавов». Запорожье – 16-19 мая 2006. – С. 34-35. Дергач Т.А., Сухомлин Г.Д., Бульбас В.Н., Панченко В.А. Нефтегазопроводные трубы высокой коррозионной стойкости и эксплуатационной надежности. // Нефть и газ. – 2002. № 10. – С. 92-94. Дергач Т.А., Сухомлин Г.Д., Зарубин Ю.А., Бульбас В.Н. Пути повышения коррозионной стойкости труб нефтяного сортамента. // Нефть и газ. – 2003. № 2. – С. 73-76. Патент № 19228, Украина, 15.12.2006. Сталь підвищеної корозійної стійкості для виробництва труб. / В.П. Сокуренко, В.С. Вахрушева, Т.О. Дергач, Г.Д. Сухомлин, Л.С. Сєвєріна, А.М. Самсоненко. Андреева А.В., Сухомлин Г.Д. Образование и взаимодействие специальных элементов зернограничной структуры, содержащей границы =3n.. // Тезисы докладов II Всесоюзной конференции «Структура и электронные свойства границ зерен в металлах и полупроводниках», Воронеж, – 1987.– С. 157. Большаков В.И., Миронова О.Ю, Сухомлин Г.Д. Тонкая структура низколегированной стали после контролируемой прокатки и закалки. // Сб. трудов международной конференции «Проблемы современного материаловедения», Днепропетровск, - Центр економічної освіти, – 1997. – С. 46. А.с. № 1573037 СССР, МПК С 21 D 9/08. Способ изготовления труб из аустенитных коррозионностойких сталей. / Т.А. Дергач, Г.Д. Сухомлин, О.С. Сухаревская, Л.И. Иванилова, Л.С. Северина. Заяв. №4482942/23-02. Опуб. 23.06.90, Бюл. № 23. Декл. патент 38160А, Україна, Заявка №2000063191, Опубл. 15.05.2001., Бюл. № 4. Спосіб виготовлення цирконієвих труб. / В.В. Сергєєв, В.С. Вахрушева, А.П. Чернов, Г.Р. Семенов, Т.О. Дергач, Г.Д. Сухомлин, М.І. Медвєдєв. Декл. патент. 31165А, Україна. Заява №98073818, Опубл. 15.12.2000., Бюл. № 7-11. Спосіб виготовлення цирконієвих труб. /В.В. Сергєєв, В.С. Вахрушева, Г.Д. Сухомлин, Г.П. Блощинський, А.Т. Коваль, М.І. Медвєдєв, Т.Л. Карасик, В.О. Сердюк. Патент № 15691, Україна. Опубл. 17.07 2006., Бюл. №7. Спосіб виготовлення цирконієвих труб. /В.П. Сокуренко, В.С. Вахрушева, Г.Д. Сухомлин, В.О. Благова, Т.М. Буряк, О.А. Коленкова, Т.О. Дергач. Неклюдов И.М., Ажажа В.М., Вахрушева В.С., Ладохин С.В., Буряк Т.Н., Благова В.А., Сухомлин Г.Д. Разработка технологи и освоение сплавов циркония украинского производства в процессе изготовления труб для твэлов. // Труды XVII Международной конференции по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению. Алушта. – 2006. – С. 113-114. Cухомлин Г.Д., Борисенко А.Ю. О влиянии условий распада аустенита на морфологию и свойства эвтектоида углеродистой стали. // Тезисы докладов международной конф. «Современное материаловедение: достижения и проблемы» под ред. В.В. Скорохода. Киев. – 2005. – С. 144-145. Дейнеко Л.Н., Большаков В.И., Сухомлин Г.Д., Бекетов А.В. Создание технологии термического упрочнения крупногабаритных изделий и автоматизированного закалочного оборудования для ее осуществления. // Сб. докл. 7-ой Междунар. конф. «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов». Харьков, – 2006. Т. 2. – С. 32-37.
У роботах, опублікованих у співавторстві, особистий внесок Сухомлина Г.Д. полягає у наступному: [1-3, 6, 32, 33, 39, 40] – виконано аналіз структур різних полікристалічних матеріалів, проведені металографічні та електронномікроскопічні дослідження структури і властивостей границь =3n у ГЦК кристалах, розроблена нова методика ідентифікації та кількісної оцінки кристалографічної структури спеціальних границь, установлені енергетичні умови стійкості множинних стиків. [7, 8, 11-14] – відкриті нові особливості структуроутворення і нові структурні складові при деформації й нагріві полікристалічних матеріалів з різними типами кристалічних решіток, проведені металографічні й електронномікроскопічні дослідження структури промислових матеріалів. [15-18, 36] – поставлені задачі дослідження, виконана якісна і кількісна оцінка спеціальних границь у трубах зі сталей 02Х18Н11 і 03Х17Н14М3 у залежності від температури відпалу, встановлено зв’язок між структурою, корозійними і механічними властивостями труб та скоректовані технології виробництва вказаних труб. [19, 47, 48] – науково обґрунтовано зниження поверхневої енергії міжфазних границь при переході морфології цементиту в перліті від пластинчастої до стрижневої, побудована структурна схема розвитку морфології цементитного каркасу евтектоідної колонії у перліті, методами електронної мікроскопії зроблено аналіз тонкої структури мартенситу в гартованих трубах нафтогазового сортаменту після відпуску. [20-26, 34, 42-45] – проведені теоретичні й експериментальні дослідження структури і властивостей литого, гаряче- і холоднодеформованого сплаву цирконію Zr1Nb, розроблено новий температурний режим гарячого пресування литих трубних заготовок, проведені дослідження структури і властивостей труб-оболонок твел та запропонована технологічна схема їх промислового виробництва. [27-29, 36-38] – проведені металографічні й електронномікроскопічні дослідження структури труб із ферито-перлітних і мартенситних сталей, знайдені спеціальні низькоенергетичні границі зерен у феритній складовій, запропоновано хімічний і структурний склад нової сталі 06Х1-У і температурно-деформаційні параметри виробництва труб підвищеної корозійної стійкості, визначені умови охолодження для отримання підвищених механічних властивостей низьковуглецевих сталей. |