Везде

ОХНММеталлы Russian Metallurgy

  • ISSN (Print) 0869-5733
  • ISSN (Online) 3034-5391

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

Вы можете
Код статьи
10.31857/S086957332302009X-1
DOI
10.31857/S086957332302009X
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Костина М.В.
  • Аффилиация: ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН)
Том/ Выпуск
Том / Номер выпуска 2
Страницы
64-77
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).
Ключевые слова
сталь мартенсит аустенит феррит азот, углерод фазовые превращения диаграмма Шеффлера-Делонга диаграмма Потака-Сагалевич
Дата публикации
01.02.2023
Год выхода
2023
Всего подписок
0
Всего просмотров
12

Библиография

  1. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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/www.scientific.net/KEM.727.29.
  9. 9. https://www.rodacciai.com/UPLOAD/datasheets/420B_X30Cr13-Nr.1.4028-ENG.pdf.
  10. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 27. Pehlke, R.D. [S.t.] / R.D. Pehlke, J.F. Elliott // Trans. AIME. 1960. V.218. P.1088.
  28. 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. 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. 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. 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. 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. 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/www.scientific.net/MSF.318-320.663.
  34. 34. Потак, Я.М. Структурная диаграмма деформируемых нержавеющих сталей / Я.М. Потак, Е.А. Сагалевич // МиТОМ. 1971. №9. С.12-16.
  35. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 43. Schaeffler, A.L. Constitution diagram for stainless steel weld metal / A.L. Schaeffler // Met. Prog. 1949. V.56. №11. P.680, 681.
  44. 44. Delong, W.T. Ferrite in austenitic stainless steel weld metal / W.T. Delong // Weld. Res. Supp. 1974. V.53. P.273-286.
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека