ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. В настоящее время хромоникелевые аустенитные стали широко используются в нефтегазовой промышленности для бурения скважин благодаря высокой коррозионной стойкости, немагнитным свойствам, высокой ударной вязкости, пластичности и свариваемости. Однако для увеличения срока эксплуатации изделий необходимо повышение абразивной стойкости поверхностных слоев с сохранением химической стойкости, что является сложной технологической задачей. Решение такой задачи может заключаться в создании листовых заготовок «хромоникелевая аустенитная сталь – модифицированный слой», подвергнутых горячей пластической деформации. Цель работы: исследование влияния горячей пластической деформации на структуру и фазовый состав композиций «модифицированный слой – основной металл», полученных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошковой смеси бора и хрома на хромоникелевую аустенитную сталь 12Х18Н9Т. В работе исследованы образцы из стали 12Х18Н9Т с модифицированным слоем 10Cr-30B, сформированным вневакуумной электронно-лучевой наплавкой порошковой смеси хрома и бора и последующей горячей пластической деформацией при температуре 950 °С. Методами исследования являются механические испытания на микротвердость, рентгеноспектральный анализ модифицированного слоя, металлографические исследования, профильный анализ и расчет параметров решетки. Результаты и обсуждение. Выявлено, что после деформации получены бездефектные композиции, поверхностный слой которых представляет собой матричный композиционный материал, содержащий ориентированные частицы карбида хрома с измененными параметрами кристаллической решетки. После пластической деформации не было зафиксировано трещин и расслоений, что позволяет говорить о высоком качестве композиций «модифицированный слой – основной металл» с увеличенными показателями твердости, превышающими в 6,5 раза (13…11 ГПа) соответствующие показатели стали 12Х18Н9Т в состоянии поставки (2 ГПа). В модифицированном слое образуются сложные бориды типа (Fe_xCr_y)B, расположенные в γ-твердом растворе железа. Параметр решетки уменьшается для γ-железа с 3,588 до 3,580 Å, для борида параметр а – с 5,126 до 5,111 Å, параметр с – с 4,228 до 4,199 Å.

1. Non-vacuum electron-beam boriding of low-carbon steel / I.A. Bataev, A.A. Bataev, A.Y. Teplykh, M.G. Golkovsky, A.Yu. Teplykh, V.G. Burov, S.V. Veselov // Surface and Coatings Technology. – 2012. – Vol. 207. – P. 245–253. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2012.06.081.

2. Structure of surface layers produced by non-vacuum electron beam boriding / I.A. Bataev, A.A. Bataev, M.G. Golkovsky, D.S. Krivizhenko, A.A. Losinskaya, O.G. Lenivtseva // Applied Surface Science. – 2013. – Vol. 284. – P. 472–481. – DOI: 10.1016/j.apsusc.2013.07.121.

3. Wear-resistant boride reinforced steel coatings produced by non-vacuum electron beam cladding / D.A. Santana, G.Y. Koga, W. Wolf, I.A. Bataev, A.A. Ruktuev, C. Bolfarini, C.S. Kiminami, W.J. Botta, A.M. Jorge Jr // Surface and Coatings Technology. – 2020. – Vol. 386. – P. 125466. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2020.125466.

4. Challenges in optimizing the resistance to corrosion and wear of amorphous Fe-Cr-Nb-B alloy containing crystalline phases / G.Y. Koga, T. Ferreira, Y. Guo, D.D. Coimbrao, A.M. Jorge Jr, C.S. Kiminami, C. Bolfarini, W.J. Botta // Journal of Non-Crystalline Solids. – 2021. – Vol. 555. – P. 120537. – DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2020.120537.

5. Влияние исходного состояния на неоднородность структуры углеродистых сталей, упрочненных методом электронно-лучевой обработки при атмосферном давлении / Е.А. Батаева, И.А. Батаев, В.Г. Буров, Л.И. Тушинский, М.Г. Голковский // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2009. – № 3 (645). – С. 3–5.

6. Structure and tribological properties of steel after non-vacuum electron beam cladding of Ti, Mo and graphite powders / I.A. Bataev, D.O. Mul, A.A. Bataev, O.G. Lenivtseva, M.G. Golkovski, Ya.S. Lizunkova, R.A. Dostovalov // Materials Characterization. – 2016. – Vol. 112. – P. 60–67. – DOI: 10.1016/j.matchar.2015.11.028.

7. Tribo-oxidation of Ti-Al-Fe and Ti-Al-Mn cladding layers obtained by non-vacuum electron beam treatment / O.E. Matts, S.Yu. Tarasov, B. Domenichini, D.V. Lazurenko, A.V. Filippov, V.A. Bataev, M.V. Rashkovets, I.K. Chakin, K.I. Emurlaev // Surface and Coatings Technology. – 2021. – Vol. 421. – P. 127442. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2021.127442.

8. Structure and oxidation behavior of CoCrFeNiX (where X is Al, Cu, or Mn) coatings obtained by electron beam cladding in air atmosphere / A.A. Ruktuev, D.V. Lazurenko, T.S. Ogneva, R.I. Kuzmin, M.G. Golkovski, I.A. Bataev // Surface and Coatings Technology. – 2022. – Vol. 448. – P. 128921. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2022.128921.

9. Ogneva T., Ruktuev A., Girsh A. Non-vacuum electron beam cladding of Ti-Ni-Al intermetallics on titanium // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 11. – P. 191–196. – DOI: 10.1016/j.matpr.2018.12.130.

10. Structure and tribological properties of “carbon steel – VC containing coating” compositions formed by non-vacuum electron-beam surfacing of vanadium-containing powder mixtures / D.O. Mul, E.G. Bushueva, D.V. Lazurenko, E.A. Lozhkina, E.V. Domarov // Surface and Coatings Technology. – 2023. – Vol. 474. – P. 130107. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2023.130107.

11. Structural characterization of layers fabricated by non-vacuum electron beam cladding of Ni-Cr-Si-B self-fluxing alloy with additions of niobium and boron / T.A. Zimogliadova, A.A. Bataev, D.V. Lazurenko, I.A. Bataev, V.A. Bataev, M.G. Golkovskii, S. Holger, T.S. Ogneva, A.A. Ruktuev // Materials Today Communications. – 2022. – Vol. 33. – P. 104363. – DOI: 10.1016/j.mtcomm.2022.104363.

12. Al-Co-Cr-Fe-Ni high-entropy coatings produced by non-vacuum electron beam cladding: Understanding the effect of Al by in-situ synchrotron X-ray diffraction / T.S. Ogneva, K.I. Emurlaev, K.E. Kuper ,Y.N. Malyutina, E.V. Domarov, I.K. Chakin, K.A. Skorokhod, A.A. Ruktuev, I.E. Nasennik, I.A. Bataev // Applied Surface Science. – 2024. – Vol. 665. – P. 160367. – DOI: 10.1016/j.apsusc.2024.160367.

13. Boride coatings structure and properties, produced by atmospheric electron-beam cladding / A. Teplykh, M. Golkovskiy, A. Bataev, E. Drobyaz, S.V. Veselov, E. Golovin, I.A. Bataev, A. Nikulina // Advanced Materials Research. – 2011. – Vol. 287–290. – P. 26–31. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.287-290.26.

14. Формирование упрочняющих покрытий наплавкой в пучке релятивистских электронов / И.М. Полетика, М.Г. Голковский, М.Д. Борисов, Р.А. Салимов, М.В. Перовская // Физическая мезомеханика. – 2005. – Т. 8, спец. вып. – С. 129–132.

15. Структура и свойства покрытий, полученных электронно-лучевой наплавкой / И.М. Полетика, Ю.Ф. Иванов, М.Г. Голковский, М.В. Перовская // Физика и химия обработки материалов. – 2007. – № 6. – С. 48–56.

16. Guo C., Kelly P.M. Boron solubility in Fe–Cr–B cast irons // Materials Science and Engineering: A. – 2003. – Vol. 352. – P. 40–45. – DOI: 10.1016/S0921-5093(02)00449-5.

17. Yuan L.L., Han J.T., Liu J. Analysis of boride phase composition in high boron alloyed stainless steel containing titanium // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 941–944. – P. 226–231. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/amr.941-944.226.

18. Ван Хуэй, Ван Тао. Влияние горячей прокатки и обработки на твердый раствор на микроструктуру и механические свойства дуплексной нержавеющей стали 0Cr21Ni5Ti-2B с высоким содержанием бора // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2021. – № 3 (789). – С. 13–18.

19. Влияние прокатки и термической обработки на структуру и свойства слоев, сформированных на титановых заготовках методом электронно-лучевой наплавки / В.В. Самойленко, Д.В. Лазуренко, И.А. Поляков, А.А. Руктуев, О.Г. Ленивцева, В.С. Ложкин // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2015. – № 2 (67). – С. 55–63. – DOI: 10.17212/1994-6309-2015-2-55-63.

20. Structure and mechanical properties of a two-layered material produced by the E-beam surfacing of Ta and Nb on the titanium base after multiple rolling / V.A. Bataev, M.G. Golkovski, V.V. Samoylenko, A.A. Ruktuev, I.A. Polyakov, N.K. Kuksanov // Applied Surface Science. – 2018. – Vol. 437. – P. 181–189. – DOI: 10.1016/j.apsusc.2017.12.114.

21. The fast azimuthal integration Python library: pyFAI / G. Ashiotis, A. Deschildre, Z. Nawaz, J.P. Wright, D. Karkoulis, F.E. Picca, J. Kieffer // Journal of Applied Crystallography. – 2015. – Vol. 48 (2). – P. 510–519. – DOI: 10.1107/S1600576715004306.