HIGH-TECHS IN MATERIALS SCIENCE: THROUGH-THE-THICKNESS AUSTENITIC NITRIDING OF HEAT-RESISTANT STEEL

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

The topicality of the research is occasioned by exaggeration of working conditions of products used at high temperatures and made of heat-resistant sheet alloys, including in particular austenitic chromium-nickel steels. When steel parts under load are operated in an oxidizing atmosphere and aggressive environments, besides resistance to electrochemical and gas corrosion, they require increased strength, hardness, and heat resistance. The increase in the characteristics of these proper-ties is achieved by three-dimensional and surface hardening techniques, which include the nitration process. The applica-tion of traditional technologies of furnace gas nitriding for chromium-nickel steels is complicated due to the problems of the low rate of the nitrogen saturation, which significantly increases the process time, and the formation of chromium nitrides, which negatively affects corrosion and heat resistance. The development of new technologies for nitrogen hardening of high-alloyed chromium-containing steels is carried out in the direction of saturation process intensification and regulation of the phase composition of the nitrided layer to minimize the formation of chromium nitrides. The article is aimed at defin-ing rational technological options and modes of gas austenitic nitriding of austenic steel, making it possible to increase strength characteristics at RT and higher temperatures without sacrificing its heat resistance. Thermodynamic modeling of the phase composition based on the CALPHAD technique shows that primary ways for minimizing the release of chromium nitrides on the nitrided surface are to increase the concentration of titanium in steel and to reduce the activity of the saturat-ing gas atmosphere, which is achieved by inert gas dilution of nitrogen. Experimental studies were carried out on sheet samples of 1.5 mm thick austenic steel of the type X18N10T with a standard (0.5%Ti) and increased (1%Ti) titane content. The experiments were carried out on a laboratory installation for high-temperature nitriding (900.1200 °); pure nitrogen and mixtures of nitrogen with argon were used as saturating media. Two-stage processes consisting of nitrogen hardening in nitrogen followed by argon afterburning were also investigated. Metallographic analysis showed that at the same nitrid-ing temperature, the amount of chromium nitrides decreases in experimental steel with an increased titanium content, and dilution of nitrogen with argon reduces the temperature of chromium nitride release. According to the study of saturation process kinetic, the time of through-the-thickness nitriding of a sheet sample under different saturation modes was deter-mined, as well as the duration of de-nitriding annealing, calculated on the basis of the known thickness of the chromium nitride zone. It was found that the dispersion hardening of the zones of internal nitriding with titanium nitrides leads to an increase in the strength characteristics of steels both at RT and higher temperatures compared to the characteristics of base steel 08X18N10T after typical heat treatment, while the greatest hardening effect is achieved due to through-the-thickness nitriding of steel with 1%Ti. Recommended options for the processes of through-the-thickness nitriding of 1.5 mm sheet of experimental steel: tn=1050 ℃, N2, 16 h; tn= 1100 ℃, 50%N2 + 50%Ar, 22 h; tn=1100 ℃, N2, 5 h + tann=1200 ℃, Ar, 9 h. The temporary passive hardness of nitrided steel at RT increases by 45...50%, and when tested at 800 ℃ - by 40... 65%, de-pending on the process mode. Through-the-thickness nitriding makes it possible to raise the working temperature of steels by 100.150 ° with the same long-term strength. The heat resistance at 900 ℃ remains at the level of non-carbonated steel after two-stage processes that ensure maximum chromium nitrides removal from the surface at the annealing stage.

Авторлар туралы

Petrova Larisa G.

Moscow Automobile and Road Engineering State Technical University (MADI)

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: petrova_madi@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7248-2454
SPIN-код: 5452-2754
Scopus Author ID: 7102799952
Department of Construction Materials Engineering, doctor of technical sciences

Әдебиет тізімі

  1. Березовская В.В., Березовский А.В. Коррозионностойкие стали и сплавы: учебное пособие. Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2019. 244 с.
  2. Петрова Л.Г. Александров В.А., Зюзин Д.М., Богданов К.В. Способ высокотемпературного азотирования деталей из коррозионностойких хромоникелевых сталей // Патент РФ № 2287608, опубл. 20.11.2006.
  3. Рогачев С.О., Никулин С.А., Хаткевич В.М. Эволюция структуры и механические свойства объемно-азотированной коррозионно-стойкой ферритной стали при отпуске в интервале температур 400-700 °С // Физика металлов и металловедение. - 2017. Т. 118. № 8. С. 824-828. doi: 10.7868/S0015323017080137; EDN: ZCPEEJ
  4. Рогачев С.О., Стомахин А.Я., Никулин,С.А. Структура и механические свойства аустенитных Cr - Ni - Ti сталей после высокотемпературного азотирования // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 5. С. 366-373. doi: 10.17073/0368-0797-2019-5-366-373; EDN: HMUKOR
  5. Bottoli F., Jellesen M.S., Christiansen T.L., et. al. High temperature solution-nitriding and low-temperature nitriding of AISI 316: Effect on pitting potential and crevice corrosion performance // Appl. Surf. Sci. 2018. Vol. 431. P. 24-31.
  6. Иванов Д.И., Кожухов А.А., Уразова Л.Ф. Механизм высокотемпературной коррозии жаростойкой хромоникелевой стали // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 3. С. 180-184. doi: 10.17073/0368-0797-2016-3-180-184; EDN: VQZZNJ
  7. Рогачев С.О., Никулин С.А., Хаткевич В.М. Влияние высокотемпературного азотирования на коррозионную стойкость ферритных хромистых сталей // Физика и химия обработки материалов. 2019. № 2. С. 36-43. doi: 10.30791/0015-3214-2019-2-36-43; EDN: TZQELZ
  8. Петрова Л.Г., Сергеева А.С. Контроль фазового состава аустенитных сталей при поверхностном упрочнении методом высокотемпературного азотирования // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2020. № 6 (108). С. 3-11. doi: 10.30987/2223-4608-2020-6-3-11; EDN: PQAFWY
  9. Ахмедзянов М.В., Овсепян С.В., Родин,А.О. Кинетика высокотемпературного азотирования и свойства сплава системы Ni - Co - Cr - W - Ti // Металловедение и термическая обработка металлов. 2022. № 4 (802). С. 45-49. doi: 10.30906/mitom.2022.4.45-49; EDN: EHPQPJ
  10. Ju Q., Zhang Y.-L., Tong J.-T., Ma H.-P. Evolution of microstructure and properties of internal nitride dispersion strengthened alloy before nitriding // Journal of Iron and Steel Research. 2018. Vol. 30 (2). P. 156-161. doi: 10.13228/j.Boyuan.issn1001-0963.20170048; EDN: IBYBVM
  11. Петрова Л.Г., Чудина О.В. Способ высокотемпературного азотирования хромоникелевых сплавов, легированных титаном // Патент РФ № 2148675, опубл. 10.05.2000.
  12. Сергеева А.С., Петрова Л.Г., Коленько, Н.В. Повышение износостойкости хромоникелевых нержавеющих сталей путем высокотемпературного азотирования // Наука и техника в дорожной отрасли: Материалы конференции, Москва, 18 марта 2021 года. - М. - Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ). 2021. С. 82-84. EDN: DFVARB
  13. Бибиков П.С., Белашова И.С., Прокофьев М.В. Особенности технологии азотирования высоколегированных коррозионностойких сталей авиационного назначения // Вестник Московского авиационного института. 2021. -Т. 28. №2. С. 206-215. doi: 10.34759/vst-2021-2-206-215; EDN: SVFSHY
  14. Christiansen T. L., Villa M., Tibollo C., Dahl K.V. and Somers M.A.J. High Temperature Solution Nitriding of Stainless Steels; Current Status and Future Trends // HTM Journal of Heat Treatment and Materials. 2020. Vol. 75. No. 2. P. 69-82.
  15. Петрова Л.Г., Белашова И.С. Оценка твердорастворного упрочнения аустенитных сплавов при легировании азотом // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 1. С. 245-252. doi: 10.34759/vst-2022-1-245-252; EDN: KHTGRX
  16. Петрова Л.Г., Шапошников Н.Г., Сергеева, А.С. Термодинамическое прогнозирование фазового состава азотированной хромоникелевой стали // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2019. №4. С. 66-74. EDN: CJTBGZ
  17. Петрова Л. Г. Оценка прогнозируемого упрочнения железа при поверхностном легировании металлом в сочетании с азотированием // Технология металлов. 2022. № 8. С. 41-52. doi: 10.31044/1684-2499-2022-0-8-41-52; EDN: QRNGSX

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».