Научно-технический и производственный журнал.
Издается с января 1958 года. Индекс: 70383
ISSN 2410-2091 (Online), ISSN 0368-0797 (Print)
 
 
 
 

Послать статью

 

АЗОТИСТЫЕ И ВЫСОКОАЗОТИСТЫЕ СТАЛИ. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СВОЙСТВА

стр. 173-187

Авторы: Свяжин А. Г.1, Капуткина Л. М.1

1 Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4)
Свяжин А. Г. - д.т.н., профессор, главный научный сотрудник кафедры кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов (email: svyazhin@misis.ru)
Капуткина Л. М. - д.ф.-м.н, профессор, главный научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением (email: kaputkina@mail.ru)

Аннотация: Давление азота при выплавке может быть основой для наиболее общей классификации сталей, легированных азотом. Азотистые это стали, производимые при нормальном давлении, высокоазотистые это стали, производимые при давлении выше атмосферного в специальных агрегатах. Азот, как и углерод, также упрочняет аустенит, но повышает термическую стабильность аустенита, имеет меньшие размеры ионов и большую растворимость в α- и γ-фазах. Результатом является меньший размер нитридов, меньшая поверхностная энергия и их больший упрочняющий эффект и возможность одновременного повышения прочности и коррозионной стойкости аустенита. В статье рассмотрены механизм влияния азота на свойства стали, термодинамика и кинетика легирования стали азотом, критические концентрации азота, влияние азота на свойства стали. В настоящее время нет единой сбалансированной базы данных и термодинамической модели. Поэтому произвольный выбор значений константы равновесия и параметров взаимодействия по табличным данным уменьшает точность расчетов растворимости азота в стали. В сложившейся ситуации лучше использовать экспериментальные данные для конкретного сплава из оригинальных работ. При выборе данных нужно ориентироваться на следующие контрольные величины: KN=0,044, A≥600. Растворимость азота в жидком металле, α-и γ-фазах существенно различна. Критическая концентрация азота Nk, превышение которой приводит при затвердевании стали к образованию пузырей и пор, зависит от состава стали. В настоящее время приемлемые результаты при определении критической концентрации азота могут быть получены из следующего условия: в течение всего времени затвердевания содержание азота в остаточной жидкости должно быть меньше его равновесного с общим давлением в системе содержания в жидком металле при той же температуре Т. Приведены примеры азотистых и высокоазотистых сталей, в том числе сталей со специальными свойствами, таких как коррозионностойкие в биоактивных средах, бактерицидные стали, стали, легированные по схеме C+N.

Ключевые слова: азотистые и высокоазотистые стали, классификация, теория и технология легирования азотом, свойства сталей с азотом

DOI: 10.17073/0368-0797-2019-3-173-187

Библиография:

1. Svyazhin A.G., Kaputkina L.M. High nitrogen steels: today and tomorrow // Proceedings of the 11th Intern. Conference on High Nitrogen Steels and Interstitial Alloys (HNS 2012), Chennai, India.VRK Printing House, 2013. P. 11-22.

2. Stein G., Hucklenbrouch I. Manufakturing and applications of high nitrogen steels // Materials and manufacturing processes. 2004. Vol.19. No. 1. P. 7-17.

3. Foct J., Domain C., Becquart C.S. High nitrogen steels and interstitial alloying // Materials Science Forum. 2003. Vols. 426-432. P. 161-170.

4. Lin Q., Li Ch. Rapidly growing stainless steel industry in China // Proceedings of Int. Conference on High Nitrogen Steels, HNS 2006. China, 2006. P. 1-13.

5. Speidel M.O., Speidel H.J. Nitrogen containing austenitic stainless steels // Proceedings of Int. Conference on High Nitrogen Steels, HNS 2006. China, 2006. P. 21-29.

6. Ritzenhoff R., Ghardi M.M., Noneder H., Diel V. A new appkication of high nitrogen steels: nuts, bolts, and fasteners // Proceedings of the 11th Intern. Conference on High Nitrogen Steels and Interstitial Alloys (HNS 2012), Chennai, India.VRK Printing House, 2013. P.63-70.

7. Chai G., Kangas P. New hyperduplex stainless steels and their applications // Proceedings of the 11th Intern. Conference on High Nitrogen Steels and Interstitial Alloys (HNS 2012), Chennai, India.VRK Printing House, 2013. P.71-82.

8. Рашев Ц. Высокоазотистые стали. Металлургия под давлением. - София: Изд. Болгарской АН, 1995. - 270 с.

9. Balachandran G. Development of high nitrogen steels materials // Proceedings of the 11th Intern. Conference on High Nitrogen Steels and Interstitial Alloys (HNS 2012), Chennai, India. VRK Printing House, 2013. P.41-62.

10. Jiang Zh., Li H., Shen M. Manufacture of nickel free high nitrogen austenitic stainless steels // Proceedings of Int. Conference on High Nitrogen Steels, HNS 2006. China, 2006. P. 372-380.

11. Balachandran G., Bhatia M.L., Ballal N.B. et all. Some theoretical aspects on designing nickel free high nitrogen austenitic stainless steels // ISIJ International. 2001. Vol. 41. No. 9. P. 1018-1027.

12. Ren Y., Yang K., Zhang B., Shan Y. Stadu of fatique and abrasion of biomedical nickel free austenitic stainless steel // Proceedings of Int. Conference on  High Nitrogen Steels, HNS 2006. China, 2006. P. 185-190.

13.Свяжин А.Г., Капуткина Л.М. Стали, легированные азотом // Изв. вуз. Черная металлургия. 2005. № 10. С. 36-46.

14. Банных О.А., Блинов В.М., Березовская В.В. и др. Влияние  мартенситного превращения в сплавах  Fe-Cr-N на коррозионное растрескивание под напряжением // Металлы. 2005. № 4. С. 26-31.

15. Saller G., Bernauer J., Leitner H. etc. On the development of optimised Cr-Mn-N–alloyed austenitic steels // Proceed. 7th Inter. Conf. High Nitrogen Steels (HNS 2004). Ostend. 2004. P. 283-292.

16. Gavriljuk V.G. Atomic interaction and mechanisms of strengthening in nitrogen steels // Proceedings of Int. Conference on High Nitrogen Steels, HNS 2006. China, 2006. P. 3-12.

17. Gavriljuk V.G. Carbon, nitrogen and hydrogen in steels: plasticity and brittleness // Proceedings of the 11th Intern. Conference on High Nitrogen Steels and Interstitial Alloys (HNS 2012), Chennai, India.VRK Printing House, 2013.  P. 23-30.

18. Gavriljuk V.G., Berns H. High Nitrogen Steels.-Berlin: Springer Verlag, 1999. - 378 p.

19. Свяжин А.Г., Чурсин Г.М., Вишкарев А.Ф., Явойский В.И. Растворимость азота в жидком железе // Известия АН СССР. Металлы. 1974. № 5. С. 24-35.

20. Svyazhin A.G. Thermodynamics and kinetics of nitrogen absorption by molten metal out of gas phase // Transactions of the Indian Institute of Metals. 2002. Vol. 55. No 4. P.297-310.

21.  Рашев Ц., Иванов Р., Саръиванов Л. и др. Иследоване растворимоста на азота в течни желязо-хромови сплави под налягане // Металургия (София). 1976. № 6. С. 8-10.

22. Свяжин А.Г. Термодинамика растворов азота в жидких сплавах железа // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2008. № 4. С. 46-51.

23. Помарин Ю.М., Григоренко Г.М., Шеревера А.В. Абсорбция азота высокохромистыми расплавами и жидким хромом при повышенном давлении // Известия АН СССР. Металлы. 1990. № 5. С. 40-45.

 24. Siwka J. Nitrogen solubility in liquid binary alloys with chromium, molybdenum, nickel, vanadium, silicon and carbon // Proceedings of the Intern. Conference on High Nitrogen Steels (HNS 2003), ETH Zeurich, Hochschulverlag, 2003. P. 91-100.

25. Siwka J., Hutny A. Solubility of nitrogen in liquid iron alloys especially with chromium and vanadium // Proceed. 12th Inter. Conf. High Nitrogen Steels (HNS 2014). Hamburg, Energietechnik Essen. 2014. P. 6-10.

26.Соколов В.М., Ковальчук Л.А. Растворимость азота в многокомпонентных жидких сплавах железа // Известия АН СССР. Металлы. 1990. № 6. С. 28-32.

27. А.Г. Свяжин, В.Е. Баженов, Л.М. Капуткина и др. Критическая концентрация азота в высокоазотистых сталях, обеспечивающая получение плотного слитка // Металлург. 2014. № 11. С. 41-46.

28. Stein G., Diehl V. High nitrogen alloyed steels on the move-field of application // Proceed. 7th  Intern. Conf. High Nitrogen Steels 2004, Ostend, GRIPS media. P. 421-426.

29. Kolpishon, E.Y., Utochkin, Y.I., Ivanova, M.V. HNS product quality and technology of their manufacturing // Proceed. 7th   Intern. Conf.  High Nitrogen Steels 2004, Ostend, GRIPS media. P. 591-596.

30. Афанасьев Н.Д., Жданович К.К. Плазменно-дуговой переплав высокоазотистых сталей // Высокоазотистые стали. Труды I Всесоюзной конференции, Киев, Изд. Института металлофизики АН УССР, 1990. С. 258-260.

31.  Ritzenhoff  R., Diehl V.  Manufacturing of HNS alloys at Energietechnik Essen GmbH-a process ovierview // Proceedings of 10-th International Conference on High Nitrogen Steels. HNS 2009, Moscow, Russia. 2009. P. 243-248.

32.  Flach R., Saller G., Egsaer S. etc. A new cold worked superaustenitic stainless steel for application // Proceed. 11th Inter. Conf. High Nitrogen Steels (HNS 2006). Beijing, China, Metallurgical Industry Press, 2006. P. 284-289.

33. А.С. СССР 520584. Способ переплава расходуемого электрода / Б.Е. Патон, Б.И. Медовар, В.И. Лакомский и др. БИ 1982. № 20.

34. Ritzenhoff R., Medovar L., Stovpchenko G. Improvement of arc slag remelting technology for HNS manufacturing // Proceed.  12th Inter. Conf. High Nitrogen Steels (HNS 2014). Hamburg, Energietechnik Essen. 2014. P. 114-117.

35. Katada Y., Sagara M., Kobayashi Y. et al. Fabrication of high strength high nitrogen stainless steel with excellent corrosion resistance and its mechanical properties // Materials and Manufacturing Processes. 2004. No. 1. P.19-30.

36. Li H., Jiang Z.-H., Cao Y. et al. Fabrication of high nitrogen austenitic stainless steels with excellent mechanical and pitting corrosion properties // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2009. Vol. 16. No. 4. P. 387-392.

37. Рашев Ц.В., Жекова Л.П., Богев П.В. О развитии металлургии под давлением // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Том 60. № 1. С. 60-66.

38. Shibata T., Sigiyama T. Nitrogen behavior of pressurized induction furnace // Proceed. 9th Inter. Conf. High Nitrogen Steels (HNS 2006). Beijing, China, Metallurgical Industry Press, 2006. P. 366-371.

39. Kurka V., Pindor J. Metallurgical and casting results obtainied on the “vacuum and over-pressurized induction melting furnace” and future possibilities of unit // Proceed. 11th Inter. Conf. High Nitrogen Steels (HNS 2012). Chennai, India, VRK Printing House, 2013. P. 137-144.

40. Schneiders T., Ritzenhoff R., Jung H.-P., Herrera C., Bauch A. // Proceed. 12th Inter. Conf. High Nitrogen Steels (HNS 2014). Hamburg, Energietechnik Essen. 2014. P. 120-127.

41. Singhal L.K., Narasimha Rao V. Current status of high performance stainless steel manufacturing & products in India // Proceed. 11th Inter. Conf. High Nitrogen Steels (HNS 2012). Chennai, India, VRK Printing House, 2013. P. 31-40.

42. Lachmann S. Nitrogen alloying practical experience at Schmiedewerke Groeditz GmbH // Proceed. 12th Inter. Conf. High Nitrogen Steels (HNS 2014). Hamburg, Energietechnik Essen. 2014. P. 12-17.

43. Свяжин А.Г., Халек Шахин М.А., Шевченко А.Д. Массообмен при продувке стали в ковше азотом // Изв. вуз. Черная металлургия. 1984. № 9. С. 37- 42.

44. Ivlev S.A., Scheller P.R., Svyazhin A.G. Alloying of steels with nitrogen from a gas phase during VOD // Proceedings of 10-th International Conference on High Nitrogen Steels. HNS 2009, Moscow, Russia. 2009. P. 41-46.

45. Svyazhin A.G., Kaputkina L.M., Smarygina I.V. The low-nickel cryogenic steel alloyed by nitrogen // Materials Science Forum. 9th International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials, (THERMEC’2016), May 29 –June 3, 2016, Graz, AUSTRIA. – Trans Tech Publications, Switzerland. – 2017. Vol. 879. P. 1899–1904.

46. Капуткина Л.М., Смарыгина И.В., Капуткин Д.Е. и др. Влияние добавки азота на физико-химические свойства и сопротивление коррозии коррозионно-стойких сталей // МИТОМ. 2015. № 7. C. 29–35.

47. Sulyagin R., Karjalainen P., Kolpishon E. Studies on recrystallization and microstructure evolution of nitrogen-alloyed stainless steels // High Nitrogen Steels 2004. Proceed. 7th  Intern. Conf. High Nitrogen Steels. 2004, Ostend, GRIPS media. P. 171-175.

48. Diehl V., Stein G. High nitrogen alloyed steels on the move-fields of application // High Nitrogen Steels 2004. Proceed. 7th Intern. Conf. High Nitrogen Steels. 2004, Ostend, GRIPS media. P. 421-426.

49. Rashev Tc., Andreev Ch., Manchev M., Nenova L. Creation and development of new high nitrogen steels in the Institute of Metal Science at Bulgarian Academy of Sciences // Proceedings of the Intern. Conference on High Nitrogen Steels (HNS 2003), ETH Zeurich, Hochschulverlag, 2003. P. 241-248.

50. Нижегородов С.Ю., Волосков С.А., Трусов В.А. и др. Коррозия сталей под воздействием микроорганизмов // МИТОМ. 2008. № 4. С. 44-48.

51. Berns H., Riedner S., Gavriljuk V. High interstitial stainless austenitic steels, Part I: constitution, heat treatment, properties, application // Proceedings of 10-th International Conference on High Nitrogen Steels. HNS 2009, Moscow, Russia. 2009. P. 129-139.

Дата поступления: 11.04.2018

Главный редактор

Леонтьев Леопольд Игоревич

Главный редактор Известия вузов Черная металлургия