FAZOVYE PREVRAShchENIYa V AZOTSODERZhAShchIKh STALYaKh NA OSNOVE 13% Cr

Cover Page
  • Authors: Kostina M.V1, Rigina L.G2,1, Kudryashov A.E1, Kostina V.S1, Fedortsov R.S1, Seval'nev G.S3, Bubnenkov B.B2, Spitsina I.V1
  • Affiliations:
    1. ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН)
    2. Государственный научный центр РФ АО «Научно-производственное объединение «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения» (ГНЦ РФ АО «НПО «ЦНИИТМАШ»)
    3. ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» (НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ)
  • Issue: No 2 (2024)
  • Pages: 52-63
  • Section: Articles
  • URL: https://ruspoj.com/0869-5733/article/view/654923
  • DOI: https://doi.org/10.31857/S0869573324025263
  • ID: 654923

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

По данным для шести модельных плавок изучены структура и фазовый состав стали на основе 13%Cr-1,5%Mn c двумя уровнями содержания азота (~0,10—~0,14%) и углерода (~0,02—~0,20% С), а также добавками молибдена, ванадия и ниобия в состоянии после горячей пластической деформации ковкой и прокаткой с последующей закалкой от разных температур. Методами металлографии, измерений твердости и микротвердости, дифференциального термического анализа, дифференциальной сканирующей калориметрии, рентгеновского фазового анализа проведены исследования структуры и фазового состава, оценка температур фазовых превращений в металле полученных образцов горячекатаной стали. Экспериментальные данные по фазовому составу и температурам мартенситного превращения сопоставлены с расчетными, полученными с использованием полуколичественной фазовой диаграммы Потака-Сагалевич, модифицированной фазовой диаграммы Шеффлера—Делонга и эмпирической формулы расчета температуры Мн начала образования мартенсита Финклера—Ширры. Показано, что после деформации и закалки из аустенитной области сталь с ~0,10% N и ~0,02% С имеет мартенситно-ферритную структуру с содержанием феррита 30—50%, а стали с суммарным содержанием азота и углерода ~0,3% имеют мартенситную структуру с разной плотностью частиц избыточных фаз и размером зерна, зависящим от содержания элементов карбидои нитридообразователей. Для изученных сталей выявлены: температуры Ас1 и Ас3; температуры, отвечающие стадиям распада мартенсита, и температуры окончания растворения частиц избыточных фаз при нагреве. Установлена корреляция Мн=f(Niэкв/Crэкв). Подтверждено соответствие фазового состава сталей расчетному по наличию феррита и мартенсита. Наличие небольшого количества остаточного аустенита, который должен быть в структуре четырех составов стали согласно диаграмме Потака—Сагалевич и одного состава стали согласно диаграмме Шеффлера—Делонга, использованными методами исследования не выявлено.

About the authors

M. V Kostina

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

Email: mvk@imet.ac.ru
Москва

L. G Rigina

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

Email: LGRigina@cniitmash.com
Москва; Москва

A. E Kudryashov

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

Москва

V. S Kostina

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

Москва

R. S Fedortsov

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

Москва

G. S Seval'nev

ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» (НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ)

B. B Bubnenkov

Государственный научный центр РФ АО «Научно-производственное объединение «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения» (ГНЦ РФ АО «НПО «ЦНИИТМАШ»)

Москва

I. V Spitsina

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

Москва

References

  1. Костина, М.В. Обзор исследований коррозионностойких сталей на основе Fe-~13%Cr : термическая обработка, коррозионнаяи износостойкость / М.В. Костина, Л.Г. Ригина, В.С. Костина, А.Э. Кудряшов, Р.С. Федорцов // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2023. Т.66. №1. С.8—26. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2023-1-8-26. — (Kostina M.V., Rigina L.G., Kostina V.S., Kudryashov A.E., Fedortsov R.S. Corrosion-resistant steels based on Fe-~13 % Cr : Heat treatment, corrosionand wear resistance. Review. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2023;66(1):8-26. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2023-1-8-26.)
  2. Ивашко, В.В. Исследование влияния режимов нагрева на структуру и свойства нержавеющей стали 20Х13 / В.В. Ивашко // Вестн. БарГУ (Минск). Сер. Технические науки. 2015. №3. С.45—48.
  3. 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 a 13 de Novembro de 2014 (Cuiaba , MT, Brasil). 2014. P.5857—5867.
  4. Garcia de Andres C. Control of MC carbides in 0,45C-13Cr martensitic stainless steel by means of three representative heat treatment parameters / Garcia de Andres C., G. Caruana, L.F. Alvarez // Mater. Sci. Eng. A. 1998. V.241. P.211—215. DOI : 10.1016/S0921-5093(97)00491-7.
  5. https://www.rodacciai.com/UPLOAD/datasheets/420B_X30Cr13-Nr.1.4028-ENG.pdf.
  6. Hassan Abdul Kareem F. Investigation of the effect of austenitizing temperature and multiple tempering on the mechanical properties of AISI 410 martensitic stainless steel / Abdul Kareem F. Hassan, Qahtan Adnan Jawad // Iraqi J. Mech. Mater. Eng., Special Volume Babylon First Intern. Eng. Conf. 2016. Is.C. P.411—435.
  7. 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 // Proc. 28th ASM Heat Treating Soc. Conf. — Detroit. 2015. P.335—341.
  8. Mohameda Hareer S. Mechanical properties of martensitic stainless steel (AISI420) subjected to conventional and cryogenic treatments / Mohameda Hareer S., Ataiwib Ali H., Dawood Jamal J. // Eng. Techn. J. 2020. V.38. Pt.A. №08. P.1096—1105. DOI : 10.30684/etj.v38i8A.517.
  9. 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. DOI : 10.1016/j.corsci.2017.12.012.
  10. Lu Si-Yuan. The effect of tempering temperature on the microstructure and electrochemical properties of a 13 wt.% Cr-type martensitic stainless steel / Lu SiYuan, Yao Ke-Fu, Chen Yun-Bo, Wang Miao-Hui, Liu Xue, Ge Xueyuan // Electrochimica Acta. 2015. V.165. P.45—55. DOI : 10.1016/j.electacta.2015.02.038.
  11. Zhou, Y. Accessing the full spectrum of corrosion behaviour of tempered type 420 stainless steel / Zhou Y., D.L. Engelberg // Mater. Corros. 2021. P.1—12. DOI : 10.1002/maco.202112442.
  12. Teraoka, S.-I. Development of NSSC® 420J1M — a highly corrosion-resistant martensitic stainless steel for cutlery / S.-I. Teraoka, M. Fukuda, M. Kobayash // Nippon Steel Technical Report. September. №99. 2010. https://www.nipponsteel.com/en/tech/report/nsc/pdf/n9907.pdf0.
  13. Ma, X. Studies on Nb microalloying of 13Cr super martensitic stainless steel / Ma X., Wang L., S.V. Subramanian [et al.] // Met. Mater. Trans. A. 2012. V.43. P.4475—4486. https://doi.org/10.1007/s11661-012-1268-4.
  14. Костина, М.В. Расчетная оценка растворимости азота и фазового состава в стали на основе Fe-13% Cr при ее дополнительном легировании (Mn, Mo, V, Nb) / М.В. Костина, Л.Г. Ригина, В.С. Костина, А.Э. Кудряшов, Р.С. Федорцов // Металлы. 2023. №2. С.64—77. — (M.V. Kostina, L.G. Rigina, V.S. Kostina, A.E. Kudryashov, R.S. Fedortsov, «Estimated nitrogen solubility and phase composition in Fe–13% Cr steel after its additional alloying with (Mn, Mo, V, Nb)». Russian Metallurgy (Metally). 2023. №3. P.322— 333.)
  15. 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/10.17073/0368-07972020-8-606-622.
  16. 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.
  17. Потак, Я.М. Структурная диаграмма деформируемых нержавеющих сталей / Я.М. Потак, Е.А. Сагалевич // МиТОМ. 1971. №9. С.12—16.
  18. Tensile properties of the modified 13Cr martensitic stainless steels // AIP Conference Proceedings 1725. 2016. Art.020039. https://doi.org/10.1063/1.4945493 (Publ. Online : 19 April 2016 Efendi Mabruri, Moch. Syaiful Anwar, Siska Prifiharni, Toni B. Romijarso, Bintang Adjiantoro).
  19. Hou-Yu Ma. Effect of heat treatment on microstructural evolution of 13Cr martensitic stainless steel / Hou-Yu Ma, Yin-Sheng He, Kwon-Yeong Lee, Kee-Sam Shin // Key Eng. Mater. 2016. V.727. P.29—35. DOI : 10.4028/www.scientific.net/KEM.727.29.
  20. Ивашко, В.В. Исследование влияния режимов нагрева на структуру и свойства нержавеющей стали 20Х13 / В.В. Ивашко // Вестн. БарГУ (Минск). Сер. Технические науки. 2015. Вып.3. С.45—48.
  21. Лаев, К.А. Влияние легирования и термической обработки на структуру и свойства коррозионно-стойких высокохромистых сталей мартенситного и супермартенситного классов для изготовления труб нефтегазового сортамента : автореф. дис. … канд. техн. наук / Лаев Константин Анатольевич. Челя- бинск. 2016. 142 с.
  22. https://www.researchgate.net/publication/334707259.
  23. Iftikhar A. Channal. Effect of tempering temperature on the properties of martensitic stainless steel (AISI 420) / Iftikhar A. Channal, Aqeel Ahmed Shah, Shahid Hussain Abro, M. Ali Siddiqui, M. Mujahid, Ali Dad Chandio // Sukkur IBA. 2019. V.2. №1. January— June. P.51—56. DOI : 10.30537/sjet.v2i1
  24. https://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/.
  25. http://www.lasmet.ru/steel.
  26. https://heattreatment.ru/kriticheskie-tochki-stali.
  27. https://markmet.ru/encyclopedia/20x13.
  28. Foldyna, V. How to improve creep rupture strength of advanced chromium steels in advances in materials technology for fossil power plants / V. Foldyna, Z. Kubon, V. Vodarek, J. Purmensky / eds. R. Viswanathan, W.T. Bakker, J.D. Parker. — L. : The Institute of Materials, 2001. P.89—98.
  29. Sunil Kumar Bonagani. Influence of tempering treatment on microstructure and pitting corrosion of 13 wt.% Cr martensitic stainless steel / Sunil Kumar Bonagani, Vishwanadh Bathula, Vivekanand Kain // Corros. Sci. 2018. V.131. P.340—354. https:// doi.org/10.1016/j.corsci.2017.12.012.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences