ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Для надежной работы низкотемпературного оборудования необходимо применение материалов, способных обеспечить работоспособность в широком температурном интервале в условиях знакопеременных нагрузок, воздействия коррозионных сред и т.п. Чаще всего в таких случаях применяют метастабильные аустенитные стали (МАС) различных систем легирования. К настоящему времени мало данных о поведении таких материалов в условиях низких температур, включая фазово-структурные превращения, особенности таких превращений в разных температурных зонах, в том числе при приложении нагрузки как статической, так и динамической. Предметом исследования в данной работе выбраны МАС марок 10Х14АГ20 и 10Х14Г14Н4Т. Цель работы – оценить работоспособность промышленно применяемых МАС для возможного их применения взамен стали 12Х18Н10Т. Методика исследований. Фазовый состав образцов исследовали на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3.0. Механические испытания проводили в интервале температур от +20 до –196 °С. Испытания на статическое одноосное растяжение проводили по ГОСТ 11150–75, испытания на динамический изгиб – по ГОСТ 9454–78. Результаты работы. На основании полученных данных установлено, что повышение скорости деформации при низких температурах способствует снижению количества мартенситных фаз в исследуемых сталях. Выявлено, что способность к упрочнению при упругопластическом деформировании уменьшается и исчезает при температуре перехода материала в хрупкое состояние. Показано, что увеличение скорости низкотемпературной деформации образцов препятствует развитию в сталях фазовых мартенситных превращений. Область применения. Полученные результаты могут быть рекомендованы к применению при выборе материалов для изготовления оборудования, эксплуатируемого при температурах до –196 °С. Выводы. Показано, что полученные значения характеристик механических свойств позволяют рекомендовать исследованные МАС в качестве заменителя стали 12Х18Н10Т вплоть до температуры -196 °С.

1. Трещиностойкость и механические свойства конструкционных материалов технических систем / В.В. Москвичев, Н.А. Махутов, А.П. Черняев, А.А. Букаемский, А.Е. Буров, И.А. Зырянов, А.Г. Козлов, И.И. Кокшаров, Г.Г. Крушенко, А.М. Лепихин, А.С. Мишин, Л.Ф. Москвичева, Е.Н. Федорова, А.Н. Цыплюк; отв. ред. Ю.И. Шокин. – Новосибирск: Наука, 2002. – 334 с.

2. Peregudov A.А., Vologzhanina S.A., Igolkin A.F. Research of properties of austenitic steels // Key Engineering Materials. – 2021. – Vol. 887. – P. 242–246. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.887.242.

3. Солнцев Ю.П., Титова Т.И. Стали для Севера и Сибири. – СПб.: Химиздат, 2002. – 352 с. – ISBN 5-93808-049-5.

4. Вологжанина С.А., Иголкин А.Ф., Петкова А.П. Исследование влияния низких температур и деформаций на свойства аустенитной стали 12Х18Н10Т // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. – 2019. – Т. 25, № 4. – P. 83–93. – DOI: 10.18721/JEST.25407.

5. Resistance to brittle fracture and availability of austenitic steels / B.S. Ermakov, S.A. Vologzhanina, I.N. Bobrovskij, N.M. Bobrovskij, Y. Erisov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 450, iss. 3. – P. 032041. – DOI: 10.1088/1757-899X/450/3/032041.

6. Разработка перспективных образцов криогенных сталей для газовозов и стационарных танков-хранилищ сжиженного природного газа, предназначенных для использования в условиях Арктики / М.Ю. Матросов, В.Н. Зикеев, П.Г. Мартынов, Е.В. Шульга, В.С. Никитин, В.Н. Половинкин, Ю.А. Симонов, А.А. Семин // Арктика: экология и экономика. – 2016. – № 4 (24). – С. 80–89.

7. Горынин В.И., Оленин М.И. Пути повышения хладостойкости стали и сварных соединений. – СПб.: Прометей, 2017. – 341 с.

8. Концепция карбидного конструирования сталей повышенной хладостойкости / В.И. Горынин, С.Ю. Кондратьев, М.И. Оленин, В.В. Рогожкин // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2014. – № 10 (712). – С. 32–38.

9. Горынин В.И., Кондратьев С.Ю., Оленин М.И. Повышение сопротивляемости хрупкому разрушению перлитных и мартенситных сталей при термическом воздействии на морфологию карбидной фазы // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2013. – № 10 (700). – С. 22–29.

10. Рыбин В.В., Малышевский В.А., Хлусова Е.И. Структура и свойства хладостойких сталей для конструкций северного исполнения // Вопросы материаловедения. – 2006. – № 1 (45). – С. 24–44.

11. Костина М.В., Банных О.А., Блинов В.М. Новый немагнитный Fe–Cr–N высокопрочный коррозионно- и износостойкий сплав. Ч. 1. Влияние хрома и азота на структуру и фазовый состав Fe–Cr–N сплавов // Электрометаллургия. – 2005. – № 12. – С. 26–32.

12. Production technology for arctic pipeline and marine steel / V.V. Orlov, V.A. Malyshevskii, E.I. Khlusova, S.A. Golosienko // Steel in Translation. – 2014. – Vol. 9, iss. 44. – P. 696–705. – DOI: 10.3103/S0967091214090113.

13. Structure and mechanical properties of high-strength structural steels / O.A. Bannykh, I.O. Bannykh, E.I. Lukin, A.M. Sorokin // Russian Metallurgy (Metally). – 2018. – N 6. – P. 528–532. – DOI: 10.1134/S0036029518060046.

14. Industrial use of austenitic and duplex HNS- manufacture, application and properties / T. Schneiders, R. Ritzenhoff, H. Jung, C. Herrera, A. Bauch // Proceedings of 12th International Conference on High Nitrogen Steels. – Hamburg, 2014. – P. 120–127.

15. Kostina M.V., Bannykh O.A., Blinov V.M. New nonmagnetic chromium-nitrogen iron-based steel // Proceedings of 7th International Conference “High Nitrogen Steels”, Belgium, Ostende, 19–22 September, 2004. – Belgium, 2004. – P. 395–403.

16. High strength stainless austenitic Cr-Mn-C-N steels – Part I: Alloy design and properties / H. Berns, V.G. Gavriljuk, S. Riedner, A. Tyshchenko // Steel Research International. – 2007. – Vol. 78, N 9. – P. 714–719.

17. Высокоазотистые стали / Ц.В. Рашев, А.В. Елисеев, Л.Ц. Жекова, П.В. Богев // Известия вузов. Черная металлургия. – 2019. – Т. 62, № 7. – С. 503–510.

18. The effect of cold rolling regime on microstructure and mechanical properties of AISI 304L stainless steel / A. Hedayati, A. Najafizadeh, A. Kermanpur, F. Forouzan // Journal of Materials Processing Technology. – 2010. – Vol. 210, iss. 8. – P. 1017–1022. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2010.02.010.

19. Получение мартенситной стали 10Х3А со сверхравновесной концентрацией азота методом ЭШПД / М.В. Костина, Л.Г. Ригина, В.М. Блинов, С.О. Мурадян // Сборник трудов XV Международного конгресса сталеплавильщиков. – Тула, 2018. – С. 166–172.

20. Corrosion stability of austenitic steels 05Kh22AG15N8M2F and 12Kh18N10T in chloride-containing media / S.V. Gnedenkov, S.L. Sinebryukhov, V.S. Egorkin, I.E. Vyaliy, I.M. Imshinetskiy, M.V. Kostina, S.O. Muradyan, V.I. Sergienko // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. – 2017. – Vol. 53, N 5. – P. 910–915.

21. Сравнительный анализ данных при оценке свойств материалов сварных соединений / С.А. Вологжанина, А.П. Петкова, А.Ф. Иголкин, А.А. Перегудов // Научно-технический вестник Поволжья. – 2019. – № 8. – С. 23–27.

22. Stein G., Hucklenbroich I. Manufacturing and applications of high nitrogen steels // Materials and Manufacturing Processes. – 2004. – Vol. 19, iss. 1. – P. 7–17. – DOI: 10.1081/AMP-120027494.

23. Gavriljuk V.G., Berns H. High nitrogen steels: structure, properties, manufacture, applications. – Berlin; Heidelberg; New York: Springer, 1999. – 378 p. – DOI: 10.1007/978-3-662-03760-7. – ISBN 978-3-642-08567-3 (softcover). – ISBN 978-3-540-66411-6 (hardcover). – ISBN 978-3-662-03760-7 (ebook).

24. Fretting fatigue behaviour of Ni-free high-nitrogen stainless steel in a simulated body fluid / N. Maruyama, S. Hiromoto, E. Akiyama, M. Nakamura // Science and Technology of Advanced Materials. – 2013. – Vol. 14, iss. 2. – Art. 025002. – DOI: 10.1088/1468-6996/14/2/025002.