Расчетная оценка растворимости азота и фазового состава в стали на основе Fe-13% Cr при ее дополнительном легировании (Mn, Mo, V, Nb)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Выполнены расчетные оценки растворимости азота в модельных сталях разного состава на основе Fe-13%Cr при дополнительном легировании (небольшим количеством от сотых долей процента до 1,5%) элементами (Mn, Mo, V, Nb), повышающими растворимость азота в твердых растворах на основе железа. Исследовано 60 вариантов составов. На основе ранее полученных собственных экспериментальных данных для азотсодержащих сталей с 16%Cr-5%Ni-Nb для мартенситной стали сделана предварительная оценка коэффициента композиционной устойчивости азота Kу, используемого при расчетах его (азота) растворимости. Полученная величина Kу ниже, чем для аустенитных сталей. Для сталей всех вариантов состава с рассчитанным содержанием азота и разным содержанием дополнительных легирующих элементов (Mn, Mo, V, Nb) выполнены оценки фазового состава с использованием модифицированной диаграммы Шеффлера-Делонга и неравновесной диаграммы Потака-Сагалевич для сталей, обработанных на твердый раствор. Показано в том числе, что все композиции Fe-13%Cr-Mn, Mo, V, Nb с низким содержанием углерода (0,03-0,05%) при максимальной расчетной растворимости азота в металле находятся в мартенситно-ферритной области. Расчетом получена температура начала мартенситного превращения Мн с использованием эмпирической формулы Финклера-Ширры и установлено наличие корреляции между Мн и отношением Niэкв/Crэкв (эквиваленты по хрому и никелю, рассчитанные по формулам для модифицированной диаграммы Шеффлера-Делонга).

Об авторах

М. В Костина

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН)

Email: mvk@imet.ac.ru

Л. Г Ригина

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН); ГНЦ РФ АО «Научно-производственное объединение «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения» (ГНЦ РФ АО «НПО «ЦНИИТМАШ»)

Email: mvk@imet.ac.ru

В. С Костина

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН)

Email: mvk@imet.ac.ru

А. Э Кудряшов

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН)

Email: mvk@imet.ac.ru

Р. С Федорцов

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: mvk@imet.ac.ru

Список литературы

  1. Ивашко, В.В. Исследование влияния режимов нагрева на структуру и свойства нержавеющей стали 20Х13 / В.В. Ивашко // Вестн. БарГУ. Сер. Технические науки. 2015. №3. С.45-48.
  2. Scheuer, C.J. Effects of heat treatment conditions on microstructure and мechanical properties of AISI 420 steel / C.J. Scheuer, R.A. Fraga, R.P. Cardoso, S.F. Brunatto // 21 CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Cie^ncia dos Materiais 09 (13 de Novembro de 2014). - Cuiaba: MT, Brasil, 2014. P.5857-5867.
  3. Xiao Li. Effect of austenitising heat treatment on microstructure and properties of a nitrogen bearing martensitic stainless steel / Xiao Li, Yinghui Wei // Open Physics. 2019. V.17. P.601-606. DOI: doi.org/10.1515/phys-2019-0061.
  4. Garcia de Andre¢s, C. Effects of carbide-forming elements on the response to thermal treatment of the X45Cr13 martensitic stainless steel / C. Garcia de Andre¢s, L.F. A¢lvarez, V. LŠpez //j. Mater. Sci. 1998. V.33. P.4095-4100. https://doi.org/10.1023/A:1004424329556.
  5. B†sing, I. Influence of heat treatment on the microstructure and corrosion resistance of martensitic stainless steel / I. B†sing, L. Cramer, M. Steinbacher, H.W. Zoch, J. Th†ming, M. Baune // AIP. 2019. V.9. Art.065317. P.1-9. https://doi.org/10.1063/1.5094615.
  6. Rosemann, P. Einfluss der W‡rmebehandlung auf Mikrostruktur und Korrosionsverhalten kohlenstoffhaltiger nichtrostender St‡hle / P. Rosemann, C. Mˆller, N. Kauss, T. Halle. https://www.researchgate.net/publication/281243566.
  7. Behrens, B.-A. Influence of process parameters on the hot stamping of carbon-martensitic chromium steel sheets / B.-A. Behrens, S. Hˆbner, C. Sunderk†tter, L. Gebel, S. Gnab, G. Berndt, C. Trimborn, C Pfeffer // Intern. Deep Drawing Research Group 37th Annual Conference. IOP Conf. Series: Mater. Sci. Eng. 2018. V.418. Atr.012007. P.1-6. doi: 10.1088/1757-899X/418/1/012007.
  8. Ma Hou-Yu. Effect of heat treatment on microstructural evolution of 13Cr martensitic stainless steel / Ma Hou-Yu, He Yin-Sheng, Lee Kwon-Yeong, Shin Keesam // Key Eng. Mater. Submitted. 2016. V.727. P.29-35. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/KEM.727.29' target='_blank'>www.scientific.net/KEM.727.29.
  9. https://www.rodacciai.com/UPLOAD/datasheets/420B_X30Cr13-Nr.1.4028-ENG.pdf.
  10. Hassan, A.K.F. Investigation of the effect of austenitizing temperature and multiple tempering on the mechanical properties of AISI 410 martensitic stainless steel / A.K.F. Hassan, Q.A. Jawad // The Iraqi J. Mechan. Mater. Eng. Special Volume Babylon First Intern. Eng. Conf. 2016. Is.C. P.411- 435.
  11. Bonagani, S.K. Influence of tempering treatment on microstructure and pitting corrosion of 13 wt.% Cr martensitic stainless steel / S.K. Bonagani, V. Bathula, V. Kain // Corros. Sci. 2018. V.131. P.340-354. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2017.12.012.
  12. Lu, Si-Yuan. The effect of tempering temperature on the microstructure and electrochemical properties of a 13 wt.% Cr-type martensitic stainless steel / Lu Si-Yuan, Yao Ke-Fu, Chen Yun-Bo, Wang Miao-Hui, Liu Xue, Ge Xueyuan // Electrochimica Acta. 2015. V.165. P.45-55. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.02.038.
  13. Zhou, Y. Accessing the full spectrum of corrosion behaviour of tempered type 420 stainless steel / Y. Zhou, D.L. Engelberg // Mater. Corros. 2021. V.72. №11. P.1718-1729. doi: 10.1002/maco.202112442.
  14. Kulkarni, S. Improvement in mechanical properties of 13Cr martensitic stainless steels using modified heat treatments / S. Kulkarni, P. Srinivas, P.K. Biswal, G. Balachandran, V. Balasubramanian // Proceedings of the 28th ASM Heat Treating Society Conf. (Detroit). 2015. P.335-341.
  15. Mohamed Hareer S. Mechanical properties of martensitic stainless steel (AISI420) subjected to conventional and cryogenic treatments / Mohamed Hareer S, Ataiwi Ali H., Dawood Jamal J. // Eng. Technol. J. 2020. V.38. Pt.A. №08. P.1096-1105. https://doi.org/10.30684/etj.v38i8A.517.
  16. Dieck, S. Improvement of the martensitic stainless steel X46Cr13 by Q&P heat treatment / S. Dieck, M. Ecke, T. Halle, P. Rosemann // Symp. Mater. Join. Technol. IOP Conf. Series: Mater. Sci. Eng. 2020. V.882. Art.012006. doi: 10.1088/1757-899X/882/1/012006.
  17. Si-Yuan Lua. Effect of quenching and partitioning on the microstructure evolution and electrochemical properties of a martensitic stainless steel / Si-Yuan Lua, Ke-Fu Yaoa, Yun-Bo Chen, Miao-Hui Wang, Na Chena, Xue-Yuan Ge // Corros. Sci. 2016. V.103. February P.95-104. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2015.11.010.
  18. Eunjung Seo. Quenching and partitioning (Q&P) processing of AISI 420 stainless steel / Eunjung Seo, Bruno C. De Cooman // The 8th Pacific Rim Intern. Cong. on Advanced Materials and Processing. Springer, Cham. 2013. P.809-817. https://doi.org/10.1007/978-3-319-48764-9_100.
  19. Mola, J. Quenching and partitioning (Q&P) processing of martensitic stainless steels /j. Mola, B.C. De Cooman // Metall Mater. Trans. A. 2013. V.44. P.946-967. https://doi.org/10.1007/s11661-012-1420-1.
  20. Weijian Liu. Effect of nitrogen on the hot deformation behavior of 0,4C-13Cr martensitic stainless steel / Weijian Liu, Jing Li, Shouhui Li, Xuejun Li // Steel Res.Intern. 2021. V.92. doi: 10.1002/srin.202100020.
  21. Григоренко, Г.М. Свойства сталей типа Х13, легированных азотом / Г.М. Григоренко, Ю.М. Помарин, В.В. Лакомский, В.Ю. Орловский, И.И. Алексеенко // Общ. вопр. металлургии. 2010. №4. С.26-29.
  22. Yiwei Zhang. Temperature dependent phase transformation kinetics of reverted austenite during tempering in 13Cr supermartensitic stainless steel / Yiwei Zhang, Yuande Yin, Diankai Li, Ping Ma, Qingyun Liu, Xiaomin Yuan, Shengzhi Li // Metals. 2019. V.9. №11. P.1203. https://doi.org/10.3390/met9111203.
  23. Junya Tobata. Role of silicon in quenching and partitioning treatment of low-arbon martensitic stainless steel / Junya Tobata, Kinh-Luan Ngo-Huynh, Nobuo Nakada, Toshihiro Tsuchiyama, Setsuo Takaki // ISIJ Intern. 2012. V.52. №7. P.1377-1382. doi: 10.2355/isijinternational.52.1377.
  24. Рущиц, С.В. Закалка с последующим обогащением углеродом непревращенного аустенита (Q&P обработка) мартенситной коррозионно-стойкой стали AISI 414 / С.В. Рущиц, А.М. Ахмедьянов, А.Н. Маковецкий, А.О. Красноталов // Вестн. ЮУрГУ. Сер. Металлургия. 2018. Т.18. №4. С.89-97. doi: 10.14529/met180410.
  25. Qiuliang Huang. Influence of martensite fraction on tensile properties of quenched and partitioned (Q&P) martensitic stainless steels / Qiuliang Huang, C. Schr†der, H. Biermann, O. Volkova, J. Mola // Steel Res.Intern. 2016. V.87. №8. March. doi: 10.1002/srin.201500472.
  26. Jenicek, S. Evolution of microstructure and mechanical properties during Q&P processing of medium carbon steels with different silicon levels / S. Jenicek, I. Vorel, J. Kana, K. Opatova, K.Rubesova, V. Kotesovec, B. Masek // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2017. V.181. Art.012035. doi: 10.1088/1757-899X/181/1/012035.
  27. Pehlke, R.D. [S.t.] / R.D. Pehlke, J.F. Elliott // Trans. AIME. 1960. V.218. P.1088.
  28. Gavriljuk, V.G. A physical concept for alloying steels with carbon + nitrogen / V.G. Gavriljuk, B.D. Shanina, H. Berns // Mater. Sci. Eng. A. 2008. V.481, 482. 25 May. P.707-712. - (Proceedings of the 7th European Symposium on Martensitic Transformations, ESOMAT 2006). https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.11.186.
  29. Костина, М.В. Азотосодержащие стали и способы их производства / М.В. Костина, Л.Г. Ригина // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2020. Т.63. №8. С.606-622. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-8-606-622.
  30. Блинов, В.М. О влиянии легирования на предельную растворимость азота в коррозионностойких низкоуглеродистых сплавах Fe-Cr-Mn-Ni-Mo / В.М. Блинов, О.А. Банных, М.В. Костина, Л.Г. Ригина, Е.В. Блинов // Металлы. 2004. №4. С.42-49.
  31. Костина, М.В. Разработка новой литейной высококоррозионностойкой и высокопрочной аустенитной стали, легированной азотом. Ч.2. Исследование влияния легирования на композиционно-устойчивое содержание азота и фазовый состав после кристаллизации коррозионно-стойких сплавов Fe-Cr-Mn-Ni-Mo-V-Nb / М.В. Костина, Л.Г. Ригина, О.А. Банных, В.М. Блинов, С.О. Мурадян // Заготовительные пр-ва в машиностроении. 2011. №4. С.30-38.
  32. Сисев, А.А. Разработка промышленной технологии плазменно-дугового переплава азотсодержащей стали 05Х21АГ15Н8МФ / А.А. Сисев, С.Г. Цимерман, М.В. Костина, А.И. Ильинский, М.М. Перкас, Л.Г. Ригина // Электрометаллургия. 2017. №12. С.3-11.
  33. Uggowitzer, P.J. Nickel-free high nitrogen austenitic stainless steels produced by metal injection moulding. / P.J. Uggowitzer, W.-F. B‡hre, H. Wohlfromm, M.O. Speidel // Mater. Sci. Forum. Switzerland. 1999. V.318-320. P.663-672. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/MSF.318-320.663' target='_blank'>www.scientific.net/MSF.318-320.663.
  34. Потак, Я.М. Структурная диаграмма деформируемых нержавеющих сталей / Я.М. Потак, Е.А. Сагалевич // МиТОМ. 1971. №9. С.12-16.
  35. Кривоногов, Г.С. Математическая модель структурной диаграммы малоуглеродистых коррозионно-стойких сталей и ее применение при разработке новых материалов / Г.С. Кривоногов, Е.Н. Каблов // Металлы. 2001. №5. C.42-48.
  36. Gorni, A. Steel forming and heat treating handbook / A. Gorni. - [s.l]: Sao Vicente SP Brazil, 2019. 219 p. doi: 10.13140/RG.2.1.1695.9764.
  37. Finkler, H. Transformation behavior of high temperature martensitic steels with 8 to 14% chromium / H. Finkler, M. Schirra // Steel Res. 1986. V.67. №8. August. P.328-336.
  38. Valasamudram, V. Attainment of nitrogen solubility, characteristic study and its effects on martensitic stainless steel using conventional method of melting in as cast condition / V. Valasamudram, J. Anburaj // Intern. J. Eng. Technol. 2018. V.7 (2.24). P.588-591.
  39. Krasokha, N. Study on nitrogen in martensitic stainless steels / N. Krasokha, H. Berns // HTM J. Heat Treat. Mater. 2011. V.66. №3. P.150-164. https://doi.org/10.3139/105.110099.
  40. Krishna, S.C. Microstructure and properties of nitrogen-alloyed martensitic stainless steel / S.C. Krishna, N.K. Karthick, A.K. Jha, Bhanu Pant, P.V. Venkitakrishnan // Metallogr. Microstruct. Anal. 2017. V.6. P.425-432. https://doi.org/10.1007/s13632-017-0381-6.
  41. Xiao Li. Constitutive equation and hot processing map of a nitrogen-bearing martensitic stainless steel / Xiao Li, Lifeng Hou, Yinghui Wei, Zhengyan Wei // Metals. 2020. V.10(11). P.1502. https://doi.org/10.3390/met10111502.
  42. Altenbach, H. Advanced structured materials / H. Altenbach, M. Brˆnig, Z.L. Kowalewski // Plasticity, Damage and Fracture in Advanced Materials. 2020. V.121. https://doi.org/10.1007/978-3-030-34851-9.
  43. Schaeffler, A.L. Constitution diagram for stainless steel weld metal / A.L. Schaeffler // Met. Prog. 1949. V.56. №11. P.680, 681.
  44. Delong, W.T. Ferrite in austenitic stainless steel weld metal / W.T. Delong // Weld. Res. Supp. 1974. V.53. P.273-286.

© Российская академия наук, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах