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

Послать статью

 

СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АУСТЕНИТНЫХ Cr-Ni-Ti СТАЛЕЙ ПОСЛЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО АЗОТИРОВАНИЯ

стр. 366-373

Авторы: Хаткевич В. М.1, Никулин С. А.1, Стомахин А. Я.1, Рогачев С. О.1, Кадач М. В.2

1 Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4)
Хаткевич В. М. - к.т.н., младший научный сотрудник (email: hatvm87@mail.ru)
Никулин С. А. - д.т.н, профессор, заведующий кафедрой металловедения и физики прочности (email: nikulin@misis.ru)
Стомахин А. Я. - д.т.н., профессор кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов (email: alstom@misis.ru)
Рогачев С. О. - к.т.н., доцент кафедры металловедения и физики прочности (email: csaap@mail.ru)
2 Центральный институт авиационного моторостроения имени П. И. Баранова (ЦИАМ) (111116, Россия, Москва, ул. Авиамоторная, 2)
Кадач М. В. - инженер (email: stendek89@yandex.ru)

Аннотация: Легирование коррозионностойких аустенитных сталей азотом широко применяется в производстве для стабилизации аустенита, улучшения прочностных и других свойств металла. Возможность легирования азотом титансодержащих сталей путем ввода азота в расплав отсутствует, т.к. это вызывает образование в стали при разливке и кристаллизации металла грубых дефектов (заворотов корки, крупных нитридных включений, скоплений нитридов и др.). Альтернативой жидкофазному азотированию для легирования азотом аустенитных титансодержащих хромо-никелевых сталей с целью повышения их прочностных свойств может служить метод высокотемпературного газового азотирования. В настоящей работе исследована возможность повышения прочностных характеристик тонколистовой аустенитной коррозионностойкой стали типа Х18Н12Т, содержащей 1.5 % и 3 % титана, за счёт применения твердофазного высокотемпературного азотирования. Азотирование осуществляли при температуре 1000 – 1100 ºС в атмосфере чистого азота в течение 5 или 8 ч. Средняя массовая доля азота в образцах после азотирования в течение 5 часов составила 0.6 % и 0.7 % для сталей с 1.5 и 3 % титана, соответственно, а после азотирования в течение 8 часов – 0.8 % и 0.9 %. Показано, что высокотемпературное азотирование с отжигом обеспечивает значительное (в 2 – 3 раза) повышение прочностных характеристик металла по сравнению с состоянием до азотирования, но, естественно, понижает пластичность. В ходе конечной обработки пластичность восстанавливается. На стали типа Х18Н12Т с 1.5 % титана получено увеличение предела текучести – в 3.3 раза (с 180 до 600 МПа), предела прочности – в 1.8 раз (с 540 до 970 МПа) при относительном удлинении на уровне 28 %. На стали с 3 % титана дополнительного увеличения прочностных характеристик не обнаружено. Полученные результаты показывают возможность получения тонколистовой титансодержащей высокоазотистой стали (или изделий из нее, например, тонкостенных труб) путем применения твердофазного высокотемпературного азотирования.

Ключевые слова: высокотемпературное твердофазное азотирование, аустенитная Cr-Ni-Ti сталь, прокатка, механические свойства, микроструктура, фазовые превращения, нитриды

DOI: 10.17073/0368-0797-2019-5-366-373

Библиография:
  1. Гаврилюк В.Г. Физические основы азотистых сталей / Перспективные материалы. Т. II: Конструкционные материалы и методы управления их качеством. - Тольятти: ТГУ; - М.: МИСиС, 2007. С. 5-74.
  2. Svyazhin A.G., Prokoshkina V.G., Kosyrev K.L. Effect of nitrogen on structure properties of thermomechanically strengthened steels // Proc. 10th Int. Conf. High Nitrogen Steels HNS 2009 (Moscow, Russia, July 6-8, 2009). - M.: MISIS, 2009. P. 77-82.
  3. Шпайдель М.О. Новые азотосодержащие аустенитные нержавеющие стали с высокими прочностью и пластичностью // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. № 11. С. 9-14.
  4. Berezovskaya V.V., Bobrova V.E., MelNik V.P., Kostina M.V., Blinov E.V., Bannykh I.O. Corrosion properties of austenitic Cr-Mn-Ni-N steels with various manganese concentrations // Russian metallurgy (Metally). 2008. No. 1. P. 29-33
  5. Рашев Ц.В. Высокоазотистые стали. Металлургия под давлением. - София: Изд-во Болгарской академии наук «Проф. Марин Дринов», 1995. - 218 с.
  6. Поволоцкий Д.Я., Гудим Ю.А. Производство нержавеющей стали. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 1998. - 236 с.
  7. Бородулин Г.М., Мошкевич Е.И. Нержавеющая сталь. - М.: Металлургия, 1973. - 320 с.
  8. Yoo D.K., Lee H.J., Kang C.Y., Kim K.H., Kim Y.H., Sung J.H. A study on nitrogen permeation and tempering heat treatment of AISI type 409L ferritic stainless steel // Solid State Phenomena. 2006. Vol. 118. P. 149-154. 
  9. Nikulin S.A., Rogachev S.O., Khatkevich V.M., Rozhnov A.B. Hardening of Ferritic Corrosion-Resistant Steel by the Method of Internal Nitriding // Metal Science and Heat Treatment. 2013. Vol. 55. P. 351-354.
  10. Khatkevich V.M., Nikulin S.A., Rozhnov A.B. Rogachev, S.O. Mechanical Properties and Fracture of Ferritic Corrosion-Resistant Steels After High-Temperature Nitriding // Metal Science and Heat Treatment. 2015. Vol. 57. No. 7 - 8. P. 205-209.
  11. Петрова Л.Г. Упрочнение аустенитных сталей и сплавов за счет формирования твердого раствора при азотировании // Упрочняющие технологии и покрытия. 2007. № 4. С. 9-17.
  12. Sung J.H., Kong J.H., Yoo D.K., On H.Y., Lee D.J., Lee H.W. Phase changes of the AISI 430 ferritic stainless steels after high-temperature gas nitriding and tempering heat treatment // Materials Science and Engineering A. 2008. Vol. 489. P. 38-43.
  13. Peng D.Q., Kim T.H., Chung J.H., Park J.K. Development of nitride-layer of AISI 304 austenitic stainless steel during high-temperature ammonia gas-nitriding // Applied Surface Science. 2010. Vol. 256. P. 7522-7529.
  14. Petrova L.G. Internal nitriding of high-temperature steels and alloys // Metal Science and Heat Treatment. 2001. Vol. 43. No. 1 - 2. P. 11-17.
  15. Belomyttsev M.Yu. A study of processes of phase formation and hardening in molybdenum alloys after internal nitriding // Metal Science and Heat Treatment. 2018. Vol. 60. No.  3 - 4. P. 243-252.
  16. Garzón C.M., Tschiptschin A.P. EBSD texture analysis of a high temperature gas nitrided duplex stainless steel // Materials Science and Engineering A. 2006. Vol. 441. P. 230-238.
  17. Lakhtin Yu.M. High-temperature nitriding // Metal Science and Heat Treatment. 1991. Vol. 33. P. 124-130.
  18. Рогачев С.О., Хаткевич В.М., Кадач М.В., Лысенкова Е.В., Стомахин А.Я. Применение высокотемпературного азотирования для повышения прочности тонколистовой титансодержащей стали типа Х18Н12АТ // Деформация и разрушение материалов. 2017. № 6. С. 34-38.
  19. Рогачев С.О., Хаткевич В.М., Кадач М.В., Лысенкова Е.В., Стомахин А.Я. Возможность получения титансодержащей высокоазотистой стали типа Х18Н12АТ с применением высокотемпературного азотирования листа // Фазовые превращения и прочность кристаллов: сб. тезисов IX Международной конференции. - Черноголовка, 2016. С. 112.
  20. Winiowski A. Impact of Conditions and Parameters of Brazing of Stainless Steel and Titanium on Mechanical and Structural Properties of Joints // Archives of Metallurgy and Materials. 2007. Vol. 52. P. 593-608.
  21. Okamoto M., Tanaka R., Naito T., Fujimoto R. On the manufacture of high-chromium steels in high-pressure nitrogen atmosphere and heat resisting properties of 316L-type steels // Tetsu-to-Hagane Overseas. 1962. Vol. 2. No.1. P. 25-36.
Благодарности: Исследования методом ПЭМ проведены с использованием оборудования ЦКП «Материаловедение и металлургия» НИТУ «МИСиС». Авторы выражают благодарность М.В. Морозову за помощь в получении результатов исследований.

Дата поступления: 28.01.2019

Главный редактор

Леонтьев Леопольд Игоревич

Главный редактор Известия вузов Черная металлургия