AP19576369 «Повышение прочностных и эксплуатационных свойств проволоки из аустенитной хромоникелевой стали термомеханической обработкой»

1) Волокитина Ирина Евгеньевна – PhD, профессор кафедры «Металлургия и материаловедение», руководитель проекта.

Scopus ID: 55902810800  

ResearcherID: G-4526-2018  

https://orcid.org/0000-0002-2190-5672

2) Волокитин Андрей Валерьевич – PhD, доцент кафедры «Обработка металлов давлением», старший научный сотрудник.

Scopus ID: 56524247500  

ResearcherID: U-8580-2018

https://orcid.org/0000-0002-0886-3578

3) Панин Евгений Александрович – PhD, профессор кафедры «Обработка металлов давлением», старший научный сотрудник.

Scopus ID: 55903153300  

ResearcherID: B-7581-2015 

https://orcid.org/0000-0001-6830-0630

4) Федорова Татьяна Дмитриевна – магистр, научный сотрудник.

Scopus ID: 57222628232.

5) Лавринюк Дмитрий Николаевич – мастер термического отделения ЛПЦ-2 АО «Кармет», младший научный сотрудник.

Scopus ID: 57223636463

6) Жуманазарова Гульнура Мустафаевна – докторант по специальности «Материаловедение», младший научный сотрудник.

По результатам научных исследований будет опубликовано не менее 3 (трех) статей и (или) обзоров в рецензируемых научных изданиях, индексируемых в Science Citation Index Expanded базы Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 35 (тридцати пяти). Кроме этого будет опубликована 1 (одна) статья в рецензируемом зарубежном или отечественном издании, рекомендованном КОКСНВО. Результаты исследований будут доложены на международных европейских конференциях в Болгарии, Польше или других международных конференциях дальнего зарубежья, а также на международных конференциях в России, Белоруссии и Казахстане. На основании полученных результатов будет подана заявка на получение патента РК на полезную модель.

Результатами исполнения проекта будут являться новые, научно обоснованные знания о новом разработанном инновационном совмещенном процессе термомеханической обработки метастабильных аустенитных нержавеющих сталях, позволяющих получать длинномерные проволоку с ультрамелкозернистой структурой и повышенным уровнем механических и эксплуатационных свойств. Будут разработаны рекомендации по реализации и внедрению комбинированной технологии термомеханической обработки нержавеющей проволоки с повышенными эксплуатационными свойствами. В случае дальнейшего развития и внедрения в промышленность разработанной в рамках данного проекта инновационной совмещенной технологии термомеханической обработки метастабильной аустенитной нержавеющей стальной проволоки, возможно, создание инновационного производства и новых рабочих мест.

Полученные при выполнении проекта экспериментальные результаты о γ–α превращении в метастабильных аустенитных нержавеющих сталях в процессе волочения при криогенных температурах позволят развить и дополнить уже существующие знания о механизме полиморфного превращения в сталях и могут быть использованы в лекциях по теории термической обработки и фазовых превращениях в металлах. Кроме того, полученные данные будут использоваться при подготовке бакалавров, магистров и докторов PhD по соответствующему направлению и специализации. Полученные результаты исследований будут использоваться бакалаврами, магистрантами и докторантами PhD в учебном процессе и при проведении своих научных исследований.

1) Проведен аналитический обзор научно-технической и патентной литературы по способам и технологиям получения проволоки с повышенными эксплуатационными и механическими характеристиками. На основании данного обзора разработана новая термомеханическая обработка нержавеющей проволоки. Принципиальным отличием нашего решения от известных технологических решений получения непрерывным способом длинномерных изделий из метастабильных аустенитных сталей является проведение криогенного охлаждения сразу после процесса волочения для полного перехода аустенитной структуры в мартенсит. Также будет достигнуто дополнительное упрочнение с помощью стадии последеформационного старения, что позволит сократить численность смягчающих термических обработок при получении проволоки и тем самым снизить себестоимость проволоки.

2) Проведено теоретическое исследование факторов, влияющих на мартенситное превращение. Исследованы такие факторы как: химический состав, исходный размер зерна, температура деформации, вид деформации и напряженно-деформированное состояние, скорость деформации. А также влияние мартенситного превращения на механические свойства стали.

3) Для реализации, совмещенной инновационной термомеханической обработки проволоки на существующем в университете волочильном стане разработана конструкция камеры-резервуара для криогенного охлаждения проволоки сразу после процесса волочения. Процесс задачи проволоки является таким же, как и при деформировании при комнатной температуре. Заостренный конец проволоки задается в волоку, после чего пропускается через пустую камеру-резервуар, в которой осуществляется криогенное охлаждение. Данная камера-резервуар устанавливается в линии стана сразу же за волокодержателем. Затем конец проволоки закрепляется на барабане волочильного стана и наматывается на барабан. Когда волочильный стан выходит на рабочую скорость деформирования происходит заполнение камеры-резервуара жидким азотом. Камера-резервуар снабжена рециркулярной системой подачи азота.

4) Построены компьютерные модели   совмещенной технологии термомеханической обработки нержавеющей проволоки и определены оптимальные параметры, обеспечивающие наилучшие напряженно-деформированное состояние и энергосиловые параметры процесса.

5) Создана экспериментальная установка для реализации совмещенной технологии термомеханической обработки нержавеющей проволоки и проведена ее сборка. Также проведены лабораторные эксперименты по реализации совмещенной технологии термомеханической обработки нержавеющей проволоки и получены образцы для дальнейших исследований. На основании разработанных чертежей были изготовлены детали и сама совмещенная установка. Главным инструментом для создания установки криогенного охлаждения является камера охлаждения, которая была установлена после блока волочения в промышленный барабанный волочильный стан В-1/550 м. Затем было изготовлено погружное устройство, которое подает азот из сосуда Дьюара в камеру охлаждения, и установлено в сам сосуд Дьюара. После этого произвели расстановку шлангов и герметизацию составных частей установки. По завершении сборки установки был проведен лабораторный эксперимент на стальной проволоке марки AISI 316 и получены образцы для металлографического анализа и определения механических свойств.

6) Проведено исследование эволюции микроструктуры исходной и деформированной проволок на оптическом и просвечивающем электронных микроскопах. Также с целью более объективной интерпретации зеренной структуры совместно с ПЭМ проведены EBSD и EBSD-IPF анализы деформированной проволоки.

7) Использование промежуточного подогрева позволяет добиться градиентной микроструктуры, что, в свою очередь, способствует улучшению эксплуатационных характеристик конечного продукта. Доля образовавшегося мартенсита в разных слоях проволоки разная. В поверхностном слое содержание мартенсита достигает 98%, в промежуточном слое доля образовавшегося мартенсита составляет ≈ 81%, а в центральном слое количество мартенсита снижается до ≈ 68%. При криогенной обработке без подогрева доля мартенсита достигает 100% как в центре, так и на поверхности проволоки.  Это объясняется благоприятными условиями для мартенситного превращения при низких температурах, отсутствием термической активации конкурирующих процессов, таких как рекристаллизация или отжиг, и относительно однородным состоянием деформированного материала.

1. I. Volokitina, A. Volokitin, A. Denissova, T. Fedorova, D. Lawrinuk, A. Kolesnikov, A. Yerzhanov, Y. Kuatbay, Y. Liseitsev. Effect of thermomechanical processing of building stainless wire to increase its durability. Case Studies in Construction Materials, 18, 2023, — https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02346 (Scopus, 71-й процентиль, Q1)

2. I. E. Volokitina. Structural and phase transformations in alloys under the severe plastic deformation. Progress in Physics of Metals, 2023, 24, No. 3: 593–622., — https://doi.org/10.15407/ufm.24.03.593 (Scopus, 65-й процентель)

3. Volokitina I.E., Denissova A.I., Volokitin A.V., Fedorova T.D., Lavrinyuk D.N. Application of Cryogenic Technologies in Deformation Processing of Metals. Progress in Physics of Metals, 2024, 25, No. 1: 161-194, — https://doi.org/10.15407/ufm.25.01.161 (Scopus, 65-й процентиль, Q3);

4. Volokitina I.E., Volokitin A.V., Panin E.A. Modeling of Grain Size Change and Phase Transformation of Stainless Wire during Drawing with Cryogenic Cooling. Metallography, Microstructure, and Analysis 2024, — https://doi.org/10.1007/s13632-024-01078-x (Scopus, 59-й процентиль, Q2)

5. I. Volokitina, A. Volokitin, E. Panin, B. Makhmutov, Symmetrical martensite distribution in the wire using cryogenic cooling, Symmetry 2024, 16, 1174. Web of Science: Q2 (Materials science, multidisciplinary). Scopus: 94% (General Mathematics).

6. I. E. Volokitina, E.A. Panin, A.V. Volokitin, A. S. Kolesnikov, T.D. Fedorova, Analysis of the effect of cryogenic cooling during drawing on AISI-316 steel wire properties, Metallurgist, 2024, Vol. 68(3), 384-390. Web of Science: Q4 (Metallurgy & Metallurgical Engineering). Scopus: 42% (Materials Science: Metals and Alloys).

7. Volokitina I.E., Volokitin A.V., Denissova A.I., Fedorova T.D., Lavrinyuk D.N. Influence of cryogenic cooling after drawing on changes in properties of steel wire. Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 59, 5, 2024, 1227-1230. Scopus: 35%.

8. I. E. Volokitina, E. A. Panin. Analysis of Deformation Forces in Simulation of a New Thermomechanical Wire Processing. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 2025, vol. 47, No. 3, pp. 335-346. Scopus: 44%, Web of Science: Q4 (Metallurgy & metallurgical engineering).

9. Volokitina I.E., Volokitin A.V., Fedorova T.D. Evolution of microstructure of 08C18Cr10Ni steel after thermomechanical treatment. Metallurgist, 2025, Vol. 69(1), 65-71. Web of Science: Q4 (Metallurgy & Metallurgical Engineering), Scopus: 42% (Materials Science: Metals and Alloys).

10. I.Volokitina, E. Panin, T. Fedorova, B. Makhmutov, Gelmanova. Modeling the microstructure evolution during the combined process of drawing with cryogenic cooling. Materials and technology 59 (2025) 4, 87-93. Web of Science: Q4 (Metallurgy & Metallurgical Engineering). Scopus: 39% (Materials Science: Metals and Alloys).

11. I.E. Volokitina, T.D. Fedorova, and D.N. Lavrinyuk, Grain Growth during Annealing of Ultrafine-Grained and Nanomaterials, Progress in Physics of Metals, 26, No. 2: 299–326 (2025). Web of Science: Q3 (Metallurgy & metallurgical engineering). Scopus: 65% (Metals and Alloys).

12. Волокитина И. Е., Панин Е.А., Волокитин А. В., Колесников А. С., Федорова Т.Д. Анализ влияния криогенного охлаждения при волочении на механические свойства проволоки марки AISI 316. Металлург, 2024, №3. С. 63-67. (ВАК РФ)

13. Волокитина И.Е., Панин Е.А., Ахметова Г.Е. Созу үрдісінде криогендік салқындату кезінде сымның механикалық қасиеттерінің өзгеруі. Труды университета 2024, №3 (96). С. 28-32 (КОКНВО РК)

14. Волокитина И. Е., Панин Е.А., Денисова А.И., Использование криогенного охлаждения при волочении нержавеющей проволоки, Труды университета 2024, №2 (95). С. 39-44. (КОКНВО РК)

15. Волокитина И.Е., Волокитин А.В., Федорова Т.Д. Эволюция микроструктуры стали 08Х18Н10 после термомеханической обработки. Металлург, 2025, №1. С. 30-34 (ВАК РФ).