Влияние механизма дисперсионного твердения на закономерности пластической деформации и разрушения ванадийсодержащей высокоазотистой аустенитной стали

  • Михно Анастасия Сергеевна Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук https://orcid.org/0000-0002-9996-914X
  • Панченко Марина Юрьевна Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук https://orcid.org/0000-0003-0236-2227
  • Майер Галина Геннадьевна Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук https://orcid.org/0000-0003-3043-9754
  • Москвина Валентина Александровна Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук https://orcid.org/0000-0002-6128-484X
  • Мельников Евгений Васильевич Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук https://orcid.org/0000-0001-8238-6055
  • Астафуров Сергей Владимирович Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук https://orcid.org/0000-0003-3532-3777
  • Астафурова Елена Геннадьевна Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук https://orcid.org/0000-0002-1995-4205
Ключевые слова: высокоазотистая сталь, Fe-19Cr-22Mn-1,5V-0,3C-0,86N, аустенит, дисперсионное твердение, σ-фаза, карбонитриды, прерывистый распад

Аннотация

Легирование аустенитных сталей азотом повышает их коррозионную стойкость и улучшает механические свойства. Высокоазотистые аустенитные стали при термических обработках способны к дисперсионному твердению и росту прочностных характеристик. В работе исследовали влияние продолжительности старения при температурах 700 °С и 800 °С на структуру, фазовый состав, закономерности пластической деформации и механизмы разрушения высокоазотистой хромомарганцевой аустенитной стали Fe-19Cr-22Mn-1,5V-0,3C-0,86N (мас. %), легированной ванадием. Было выявлено, что после закалки от температуры 1200 °С образцы обладают высокими прочностными свойствами, пластичностью и содержат крупные (300–500 нм) частицы (V,Cr)(N,C). Старение при температурах 700 °С и 800 °С способствует комплексным реакциям прерывистого распада аустенита с образованием пластин Cr2N в зернах и непрерывного распада с образованием частиц на основе нитрида ванадия в аустените. При длительном старении (в течение 50 ч для 700 °С и 10 ч для 800 °С) в образцах происходит образование интерметаллидной σ-фазы. Наблюдаемые фазовые превращения при старении сопровождаются изменением макроскопического и микроскопического механизма излома в образцах исследуемой стали. В исходном состоянии образцы обладают транскристаллитным вязким изломом. При режимах старения происходит смена механизма разрушения на смешанный с элементами хрупкого интеркристаллитного и вязкого транскристаллитного. При увеличении продолжительности старения и реализации комплексных реакций распада твердого раствора образцы разрушаются транскристаллитно хрупко с образованием квазисколов на поверхностях разрушения. Образцы, состаренные при температурах 700 °С и 800 °С, имеют близкие механизмы и закономерности дисперсионного твердения, но увеличение температуры старения вызывает увеличение скорости распада твердого раствора, описанная выше последовательность превращений и соответствующая им последовательность изменения механизмов разрушения стали реализуется быстрее при повышении температуры старения.

Биографии авторов

Михно Анастасия Сергеевна, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук

студент, инженер лаборатории физики структурных превращений

Панченко Марина Юрьевна, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук

аспирант, младший научный сотрудник лаборатории локальной металлургии в аддитивных технологиях

Майер Галина Геннадьевна, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук

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

Москвина Валентина Александровна, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук

аспирант, младший научный сотрудник лаборатории локальной металлургии в аддитивных технологиях

Мельников Евгений Васильевич, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук

младший научный сотрудник лаборатории локальной металлургии в аддитивных технологиях

Астафуров Сергей Владимирович, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук

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

Астафурова Елена Геннадьевна, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук

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

Литература

Yuan Z., Dai Q.X., Cheng X.N., Chen K.M. Microstructural thermostability of high nitrogen austenitic stainless steel // Materials Characterization. 2007. Vol. 58. № 1. P. 87–91.

Захарова Е.Г., Киреева И.В., Чумляков Ю.И., Майер Г.Г. Влияние легирования алюминием на механизмы деформационного упрочнения монокристаллов аустенитной стали Гадфильда // Физическая мезомеханика. 2004. Т. 7. № S1-1. С. 233–236.

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.

Сагарадзе В.В., Фомина О.В., Вихарева Т.В., Катаева Н.В., Кабанова И.Г., Завалишин В.А. Особенности распада дельта-феррита в азотосодержащих аустенитных сталях // Физика металлов и металловедение. 2018. Т. 119. № 3. С. 296–302.

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.

Machado I., Carvalho P., Padilha A. Austenite instability and precipitation behavior of high nitrogen stainless steel // Stainless Steel: Microstructure, Mechanical Properties and Methods of Application. Nova Science Publishers, 2015. P. 1–36.

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.

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. 2008. Vol. 7. № 2. P. 127–145. DOI: 10.4236/jmmce.2008.72011.

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.

Padilha F., Plaut L., Rios R. Annealing of cold-worked austenitic stainless steels // ISIJ International. 2003. Vol. 43. № 2. P. 135–143.

Qiao Y., Chen J., Zhou H., Wang Y., Song Q., Li H., Zheng Z. Effect of solution treatment on cavitation erosion behavior of high-nitrogen austenitic stainless steel // Wear. 2019. Vol. 424–425. P. 70–77.

Zhang Z., Jiang Z., Li H., Zhang B., Fan S., Li Z., Feng H., Zhu H. Precipitation behavior and phase transformation mechanism of super austenitic stainless steel S32654 during isothermal aging // Materials characterization. 2018. Vol. 137. P. 244–255.

Kartik B., Veerababu R., Sundararaman M., Satyanarayana D.V.V. Effect of high temperature ageing on microstructure and mechanical properties of a nickel-free high nitrogen austenitic stainless steel // Material science and Engineering A. 2015. Vol. 642. P. 288–296.

Pettersson N., Frisk K., Fluch R. Experimental and computational study of nitride precipitation in a CrMnN austenitic stainless steel // Material science and engineering A. 2017. Vol. 684. P. 435–441.

Blinov V.M. Progress in the study of high-nitrogen corrosion-resistant aging nonmagnetic vanadium steels // Russian metallurgy. 2007. Vol. 2007. № 2. P. 127–135.

Bannykh O., Blinov V. On the effect of discontinuous decomposition on the structure and properties of high-nitrogen steel and on methods for suppression thereof // Steel research. 1991. Vol. 62. № 1. P. 38–45.

Knutsen R., Lang C., Basson J. Discontinuous cellular precipitation in a Cr–Mn–N steel with niobium and vanadium additions // Acta materialia. 2004. Vol. 52. № 8. P. 2407–2417.

Jiang Z.-H., Zhang Z.-R., Li H.-B., Li Z., Ma Q.-F. Microstructural 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.

Naidu S., Singh T. X-ray characterization of eroded 316 stainless steel // Wear. 1993. Vol. 166. № 2. P. 141–145.

Опубликован
2020-06-27
Выпуск
Раздел
Технические науки

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)