Влияние наводороживания на механические свойства и механизмы разрушения высокоазотистых хромомарганцевых сталей, подвергнутых дисперсионному твердению

  • Панченко Марина Юрьевна Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Томск (Россия) http://orcid.org/0000-0003-0236-2227
  • Михно Анастасия Сергеевна Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск (Россия) https://orcid.org/0000-0002-9996-914X
  • Тумбусова Ирина Алексеевна Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск (Россия) https://orcid.org/0000-0001-6793-4324
  • Майер Галина Геннадьевна Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Томск (Россия) https://orcid.org/0000-0003-3043-9754
  • Москвина Валентина Александровна Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Томск (Россия) https://orcid.org/0000-0002-6128-484X
  • Мельников Евгений Васильевич Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Томск (Россия) https://orcid.org/0000-0001-8238-6055
  • Астафуров Сергей Владимирович Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Томск (Россия) https://orcid.org/0000-0003-3532-3777
  • Астафурова Елена Геннадьевна Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Томск (Россия) https://orcid.org/0000-0002-1995-4205
Ключевые слова: высокоазотистая сталь, водородное охрупчивание, аустенит, дисперсионное твердение, разрушение, прерывистый распад

Аннотация

В настоящее время существует множество технических задач, для решения которых требуется всестороннее исследование свойств материалов, работающих в водородосодержащих средах. В работе проведено исследование влияния дисперсионного твердения на закономерности водородного охрупчивания и микромеханизмы разрушения высокоазотистой аустенитной стали Fe-23Cr-17Mn-0,1C-0,6N (мас. %). Для этого в образцах стали Fe-23Cr-17Mn-0,1C-0,6N с помощью термических обработок были сформированы структурно-фазовые состояния, характеризующиеся различным распределением и содержанием дисперсных фаз. Экспериментально установлено, что в закаленных образцах, не содержащих дисперсных фаз, накопление водорода происходит преимущественно в зернах. Это вызывает эффекты твердорастворного упрочнения и приводит к смене микромеханизма излома стали от вязкого ямочного излома в отсутствие водорода к транскристаллитному разрушению по механизму квазискола в образцах, предварительно насыщенных водородом. Установлено, что прерывистый распад аустенита с образованием ячеек Cr2N и аустенита, обедненного по азоту, преимущественно по границам зерен сопровождается формированием большой доли межфазных (аустенит/частицы Cr2N) границ. При электролитическом насыщении водородом ячейки распада способствуют накоплению водорода вдоль границ зерен и вызывают хрупкое интеркристаллитное разрушение наводороженных образцов в процессе пластической деформации. Показано, что в образцах, где реакция прерывистого распада аустенита не только реализуется по границам зерен, но и распространяется в тело зерна, образуется множество внутризеренных межфазных границ (пластины Cr2N в аустените), что вызывает формирование транскристаллитного хрупкого излома в наводороженных образцах.

Биографии авторов

Панченко Марина Юрьевна, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Томск (Россия)

аспирант, младший научный сотрудник лаборатории локальной металлургии в аддитивных технологиях

Михно Анастасия Сергеевна, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск (Россия)

студент

Тумбусова Ирина Алексеевна, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск (Россия)

студент

Майер Галина Геннадьевна, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Томск (Россия)

кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории физики структурных превращений

Москвина Валентина Александровна, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Томск (Россия)

аспирант, младший научный сотрудник лаборатории локальной металлургии в аддитивных технологиях

Мельников Евгений Васильевич, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Томск (Россия)

младший научный сотрудник лаборатории локальной металлургии в аддитивных технологиях

Астафуров Сергей Владимирович, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Томск (Россия)

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории физики структурных превращений

Астафурова Елена Геннадьевна, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Томск (Россия)

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физики структурных превращений

Литература

Lo K., Shek C., Lai J. Recent developments in stainless steels // Materials Science and Engineering R: Reports. 2009. Vol. 65. № 4-6. P. 39–104.

Simmons J.W. Overview: High-nitrogen alloying of stainless steels // Materials Science and Engineering A. 1996. Vol. 207. № 2. P. 159–169.

Сагарадзе В.В., Уваров А.И. Упрочнение и свойства аустенитных сталей. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2013. 720 с.

Qin F., Li Y., He W., Zhao X., Chen H. Aging precipitation behavior and its influence on mechanical properties of Mn18Cr18N austenitic stainless steel // Metals and Materials International. 2017. Vol. 23. № 6. P. 1087–1096.

Pant P., Dahlmann P., Schlump W., Stein G. A new nitrogen alloying technique-A way to distinctly improve the properties of austenitic steel // Steel research. 1987. Vol. 58. P. 18–25.

Lee T., Kim S., Jung Y. Crystallographic details of precipitates in Fe-22Cr-21Ni-6Mo-(N) superaustenitic stainless steels aged at 900°C // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 2000. Vol. 31. № 7. P. 1714–1723.

Babakr M., Al-Ahmari A., Al-Jumayiah K., Habiby F. Sigma Phase Formation and Embrittlement of Cast Iron-Chromium Nickel (Fe-Cr-Ni) Alloys // Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering. 2007. Vol. 7. № 2. P 127–145.

Jiang Z., Zhang Z., Li H., Li Z., Ma Q. Evolution and mechanical properties of aging high nitrogen austenitic stainless steels // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2010. Vol. 17. № 6. P. 729–736.

Astafurova E.G., Moskvina V.A., Maier G.G., Melnikov E.V., Zakharov G.N., Astafurov S.V., Galchenko N.K. Effect of hydrogenation on mechanical properties and tensile fracture mechanism of a high-nitrogen austenitic steel // Journal of Materials Science. 2017. Vol. 52. № 8. P. 4224–4233.

Li L.F., Song B., Cheng J., Yang Z., Cai Z. Effects of vanadium precipitates on hydrogen trapping efficiency and hydrogen induced cracking resistance in X80 pipeline steel // International Journal of Hydrogen Energy. 2018. Vol. 43. № 36. P. 17353–17363.

Wei F.G., Tsuzaki K. Quantitative Analysis on Hydrogen Trapping of TiC Particles in Steel // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 2006. Vol. 37. № 2. P. 331–353.

Takahashi J., Kawakami K., Kobayashi Y. Origin of hydrogen trapping site in vanadium carbide precipitation // Acta Materialia. 2018. Vol. 153. P. 193–204.

Turk A., Martin D.S., Rivera-Diaz-del-Castillo P.E.J., Galindo-Nava E.I. Correlation between vanadium carbide size and hydrogen trapping in ferritic steel // Scripta Materialia. 2018. Vol. 152. P. 112–116.

Maier G.G., Astafurova E.G., Moskvina V.A., Melnikov E., Astafurov S., Burlachenko A., Galchenko N. Effect of vanadium-alloying on hydrogen embrittlement of austenitic high-nitrogen steels // Procedia Structural Integrity. 2018. Vol. 13. P. 1053–1058.

Wei F.G., Hara T., Tsuzaki K. Nano-Precipitates Design with Hydrogen Trapping Character in High Strength Steel // Advanced Steels: The Recent Scenario in Steel Science and Technology. Berlin: Springer, 2011. P. 87–92.

Jiang Y.F., Zhang B., Zhou Y., Wang J.Q., Han E.H., Ke W. Atom probe tomographic observation of hydrogen trapping at carbides/ferrite interfaces for a high strength steel // Journal of Materials Science and Technology. 2018. Vol. 34. № 8. P. 1344–1348.

Hsieh C.C., Wu W. Overview of Intermetallic Sigma (

Опубликован
2020-03-28
Выпуск
Раздел
Технические науки

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)