Влияние старения на микроструктуру, фазовый состав и микротвердость высокоазотистой аустенитной стали

  • Тумбусова Ирина Алексеевна Томский политехнический университет, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук https://orcid.org/0000-0001-6793-4324
  • Майер Галина Геннадьевна Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук https://orcid.org/0000-0003-3043-9754
  • Панченко Марина Юрьевна Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук https://orcid.org/0000-0003-0236-2227
  • 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-23Cr-17Mn-0,1C-0,6N, старение, σ-фаза, Cr2N, аустенит, дисперсионное твердение, микротвердость

Аннотация

В работе изучали влияние продолжительности старения при температуре 700 °С на микроструктуру, фазовый состав и микротвердость высокоазотистой стали Fe-23Cr-17Mn-0,1C-0,6N (мас. %). Показано, что старение в течение 0,5 ч при температуре 700 °С сопровождается комплексом фазовых превращений: распадом δ-феррита (с образованием σ-фазы и аустенита) и образованием ячеек прерывистого распада по границам аустенитных зерен (с формированием частиц на основе нитрида хрома Cr2N и аустенита, обедненного по атомам внедрения). При старении с выдержкой больше 10 ч помимо прерывистого распада аустенитных зерен происходит гомогенное (непрерывное) выделение нитрида хрома в тех аустенитных зернах, которые не претерпели прерывистый распад на начальных этапах старения. При увеличении продолжительности старения до 50 ч наблюдали рост ячеек распада в аустенитных зернах и формирование смешанной структуры. Такая структура состояла из зерен аустенита, претерпевших прерывистый распад с образованием пластинчатых выделений нитрида хрома в аустените; зерен аустенита с дисперсными частицами, образованными по механизму непрерывного выделения; зерен с σ-фазой, нитридами хрома и аустенитом, образовавшимися в результате распада высокотемпературного феррита при старении. Старение сопровождается увеличением микротвердости, величина которой зависит от механизма дисперсионного твердения – непрерывный или прерывистый распад в аустените или выделение интерметаллидной σ-фазы и пластин нитридов хрома в зернах высокотемпературного феррита.

Биографии авторов

Тумбусова Ирина Алексеевна, Томский политехнический университет, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук

студент, инженер лаборатории физики структурных превращений

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

кандидат физико-математических наук, научный сотрудник 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

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

Berns H., Gavriljuk V., Riedner S. High interstitial stainless austenitic steels. Berlin: Springer-Verlag, 2013. 170 p.

Rashev T.V., Eliseev A.V., Zhekova L.T., Bogev P.V. High-Nitrogen Steel // Steel in Translation. 2019. Vol. 49. № 7. P. 433–439.

Wang S., Yang K., Shan Y., Laifeng L. Plastic deformation and fracture behaviors of nitrogen-alloyed austenitic stainless steels // Materials Science and Engineering: A. 2008. Vol. 490. № 1-2. P. 95–104.

Mullner P., Solenthaler C., Uggowitzer P., Spei del M.O. On the effect of nitrogen on the dislocation structure of austenitic stainless steel // Materials Science and Engineering: A. 1993. Vol. 164. № 1-2. P. 164–169.

Gavrilyuk V., Petrov Yu., Shanina B. Effect of nitrogen on the electron structure and stacking fault energy in austenitic steels // Scripta Materialia. 2006. Vol. 55. № 6. P. 537–540.

Банных И.О., Севостьянов М.А., Пруцков М.Е. Исследование влияния термической обработки на механические свойства и структуру высокоазотистой аустенитной стали 02Х20АГ10Н4MФБ // Металлы. 2016. № 4. С. 39–44.

Макаров А.В., Лучко С.Н., Шабашов В.А., Волкова Е.Г., Осинцева А.Л., Заматовский А.Е., Литвинов А.В., Сагарадзе В.В. Структурно-фазовые превращения и микромеханические свойства высокоазотистой аустенитной стали, деформированной сдвигом под давлением // Физика металлов и металловедение. 2017. Т. 118. № 1. С. 55–68.

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.

Li H.B., Jiang Z.-H., Feng H., Ma Q.-F., Zhan D.-P. Aging Precipitation behavior of 18Cr-16Mn-2Mo-1.1N High Nitrogen Austenitic Stainless Steel and Its Influences on Mechanical Properties // Journal of Iron and Steels Research International. 2012. Vol. 19. № 6. P. 43–51.

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.

Vanderschaeve F., Taillard R., Foct J. Discontinuous precipitation of Cr2N in a high nitrogen, chromium-manganese austenitic stainless steel // Journal of Materials Science. 1995. Vol. 30. № 23. P. 6035–6046.

Panchenko M.Yu., Maier G.G., Tumbusova I.A., Astafurov S.V., Melnikov E.V., Moskvina V.A., Burlachenko A.G., Mirovoy Y.A., Mironov Y.P., Galchenko N.K., Astafurova E.G. The effect of age-hardening mechanism on hydrogen embrittlement in high-nitrogen steels // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. Vol. 44. № 36. P. 20529–20544.

Maier G., Astafurova E., Moskvina V., Melnikov E., Astafurov S.V., Tumbusova I., Fortuna A., Panchenko M., Mironov Y., Mirovoy Y., Galchenko N. Effect of age hardening on phase composition and microhardness of V-free and V-alloyed high-nitrogen austenitic steels // AIP Conference Proceedings. 2018. Vol. 2051. P. 020183-1−020183-5.

Горелик C.C., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. М.: МИСИС, 2002. 360 с.

Тейлор А. Рентгеновская металлография. М.: Металлургия, 1965. 663 с.

Hsieh C.-C., Wu W. Overview of Intermetallic Sigma (σ) Phase Precipitation in Stainless Steels // ISRN Metallurgy. 2012. Vol. 2012. Art. ID 732471. DOI: 10.5402/2012/732471.

Sourmail T. Precipitation in creep resistant austenitic stainless steels // Materials Science and Technology. 2001. Vol. 17. № 1. P. 1–14.

Ma Y.-X., Rong F., Zhou R., Lang Y.-P., Jiang Y.-H. Study on precipitation of high nitrogen containing austenitic stainless steel during isothermal aging at intermediate temperature // Proceeding of Sino-Swedish Structural Materials Symposium. 2007. Vol. 14. № 5. P. 344–349.

Knutsen R.D., Lang C.I., Basson J.A. Discontinuous cellular precipitation in Cr-Mn-N steel with niobium and vanadium additional // Acta Materialia. 2004. Vol. 52. № 8. P. 2407–2417.

Shi F., Wang L.-J., Cui W.-F. Liu C-M. Precipitation kinetics of Cr2N in high nitrogen austenitic stainless steel // Journal of Iron and Steel Research. 2008. Vol. 15. № 6. P. 72–77.

Santhi Srinivas N.C., Kutumbarao V.V. On the discontinuous precipitation of Cr2N in Cr-Mn-N austenitic stainless steels // Scripta materialia. 1997. Vol. 37. № 3. P. 285–291.

Опубликован
2020-06-27
Выпуск
Раздел
Технические науки

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)