blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2019-1-49-56blackmet-1563Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMATERIAL SCIENCEКОРРОЗИОННАЯ И КАВИТАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ В МОРСКОЙ ВОДЕ ВЫСОКОПРОЧНЫХ АЗОТИСТЫХ ХРОМОНИКЕЛЬМАРГАНЦЕВЫХ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙCORROSION AND CAVITATION RESISTANCE IN SEAWATER OF CHROMIUM–NICKEL–MANGANESE HIGH-STRENGTH NITROGEN AUSTENITIC STEELSКапуткинаЛ. М.KaputkinaL. M.

д.ф.-м.н, профессор, главный научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением

119049, Москва, Ленинский пр., 4

Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor, Chief Researcher of the Chair “Metal Forming”

kaputkina@mail.ruСвяжинА. Г.SvyazhinA. G.

д.т.н., профессор, главный научный сотрудник кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов

119049, Москва, Ленинский пр., 4

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Chief Researcher of the Chair of Metallurgy of Steel, New Production Technologies and Metal Protection

СмарыгинаИ. В.SmaryginaI. V.

к.т.н., доцент кафедры пластической деформации специальных сплавов

119049, Москва, Ленинский пр., 4

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair of Plastic Deformation of Special Alloys

КиндопВ. Э.KindopV. E.

к.т.н., старший научный сотрудник, зам. начальника управления науки 

119049, Москва, Ленинский пр., 4

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, Deputy Head of Science Department

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS” (MISIS)Russian Federation2019220220196214956Copyright © Капуткина Л.М., Свяжин А.Г., Смарыгина И.В., Киндоп В.Э., 20192019Капуткина Л.М., Свяжин А.Г., Смарыгина И.В., Киндоп В.Э.Kaputkina L.M., Svyazhin A.G., Smarygina I.V., Kindop V.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1563

Экспериментально исследована коррозионная и кавитационная стойкость в морской воде высокопрочных экономнолегированных азотистых хромоникельмарганцевых сталей 10Х19Г10Н6АМ2 и 09Х19Г10Н6АМ2Д2 в сравнении с хромоникелевыми сталями 04Х18Н9 и  04Х18АН9. Испытания на стойкость к питтинговой коррозии осуществляли химическим методом в тестовом растворе 100  г/л FeCl3 ·6H2 O. Стойкость к общей коррозии оценивали испытаниями в синтетической морской воде (3 % NaCl). Испытание на кавитационную стойкость в морской воде проводили с использованием научно-исследовательского стенда высокоинтенсивных кавитационных воздействий с применением ультразвуковой установки UIP 1000hd HielscherUltrasonic в 3 %-ном растворе NaCl в воде при частоте колебаний 20  кГц, мощности 1000 Вт и амплитуде 25 мкм в течение 8 – 36 ч. После кавитационного воздействия оценивали степень повреждения и изменение микротвердости поверхности образцов, изменение фазового состава и массы образцов в результате испытаний. Показано, что стали 10Х19Г10Н6АМ2 и 09Х19Г10Н6АМ2Д2 не подвержены образованию питтингов в морской воде и в растворе хлорида железа и  имеют скорость общей коррозии ниже, чем у хромоникелевых сталей типа Х18Н9. Ультразвуковая кавитация может приводить не только к поверхностным повреждениям за счет эрозии, усилению локальной коррозии, но и к изменению их физических и механических свойств за счет наклепа и фазовых превращений. Стали 10Х19Г10Н6АМ2 и 09Х19Г10Н6АМ2Д2 с термически и механически стабильным аустенитом более стойки к ультразвуковой кавитации в морской воде по сравнению с хромоникелевыми сталями, особенно с менее прочной и  менее стабильной сталью 04Х18Н9. Так, после кавитационного воздействия в течение 36 ч на образцы хромоникелевых сталей 04Х18Н9 и 04Х18АН9, находящиеся в морской воде, наблюдались существенные изменения их состояния: значительное повреждение (травление) и  упрочнение поверхности, а также образование небольшого количества мартенсита в стали 04Х18Н9. У образцов сталей 10Х19Г10Н6АМ2 и 09Х19Г10Н6АМ2Д2 обнаружены лишь незначительное изменение состояния поверхности и упрочнение поверхностных слоев.

Corrosion and cavitation resistance in seawater of high-strength economically alloyed nitrogen chromium–nickel–manganese steels Cr19Mn10Ni6Mo2N and Cr19Mn10Ni6Mo2Cu2N is experimentally studied compared to chromium-nickel steels Cr18Ni9 and Cr18Ni9N. Tests for resistance to pitting corrosion were carried out according to the chemical method in the test solution 100 g/l FeCl3 ·6H2 O. Resistance to general corrosion was assessed by tests in synthetic seawater (3  %  NaCl). Test for cavitation resistance in seawater was performed using a research stand of high-intensity cavitation effects with the use of ultrasonic devices UIP 1000  hd Hielscher Ultrasonic in 3  %  NaCl solution in water at a frequency of 20 kHz, a power of 1000  W and amplitude of 25 microns for 8  –  36  hours. The extent of damage and change in the surface microhardness, change in the phase composition and mass of the samples were assessed after cavitation. It is shown that steels Cr19Mn10Ni6Mo2N and Cr19Mn10Ni6Mo2Cu2N are more susceptible to pitting in seawater and in solution of ferric chloride, and have the general corrosion rate lower than that of chromium-nickel steels type Cr18Ni9. It is shown that ultrasonic cavitation can not only lead to surface damage due to erosion, enhance local corrosion, but also to changes in their physico-mechanical properties by strain hardening and phase transformations. Steels Cr19Mn10Ni6Mo2N and Cr19Mn10Ni6Mo2Cu2N with thermally and mechanically stable austenite are more resistant to ultrasonic cavitation in the seawater in comparison with chromium-nickel steels, especially those with less strength and less resistant steel Cr18Ni9. So subjected to cavitation in the seawater for 36 hours, samples of chromium-nickel steels Cr18Ni9 and Cr18Ni9N had a significant change in their condition: significant damage (etching) and surface hardening, and there was formation of a small amount of martensite in steel Cr18Ni9. Samples of steels Cr19Mn10Ni6Mo2N and Cr19Mn10Ni6Mo2Cu2N had only minor changes in surface conditions and hardening of the surface layers.

хромоникельмарганцевые азотистые сталикавитационная стойкостькоррозионная стойкостьпиттинговая коррозияобщая коррозияchromium–nickel–manganese nitrogen steelcavitation resistancecorrosion resistancepitting corrosiongeneral corrosionРезультаты получены в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки России (RFMEFI57514X0071).The results were obtained in the framework of fulfillment of the state task of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (RFMEFI57514X0071).ReferencesJargelius-Pettersson R.F.A. Application of the pitting resistance equivalent concept to some highly alloyed austenitic stainless steels // Corrosion. 1998. Vol. 54 (2). P. 162 – 168.Jargelius-Pettersson R.F.A. Application of the pitting resistance equivalent concept to some highly alloyed austenitic stainless steels. Corrosion. 1998, vol. 54 (2), pp. 162–168.Горынин И.В., Малышевский В.А., Калинин Г.Ю. и др. Коррозионно-стойкие высокопрочные азотистые стали // Вопросы материаловедения. 2009. № 3 (59). С. 7 – 16.Gorynin I.V., Malyshevskii V.A., Kalinin G.Yu. etc Corrosion-resistant high-strength nitrogen steels. Voprosy materialovedeniya. 2009, no. 3 (59), pp. 7–16. (In Russ.).Науменко В.В., Шлямнев А.П., Филиппов Г.А. Азот в аустенитных нержавеющих сталях различных систем легирования // Металлург. 2011. № 6. С. 46 – 53.Naumenko V.V., Shlyamnev A.P., Filippov G.A. Nitrogen in austenitic stainless steels of different alloying systems. Metallurgist. 2011, vol. 55, no. 5-6, pp. 410–418.Мушникова С.Ю., Легостаев Ю.Л., Харьков А.А. и др. Исследование влияния азота на стойкость к питтинговой коррозии аустенитных сталей // Вопросы материаловедения. 2004. № 2(38). С. 126 – 135.Mushnikova S.Yu., Legostaev Yu.L., Khar’kov A.A. etc. Investigation of the effect of nitrogen on resistance to pitting corrosion of austenitic steels. Voprosy materialovedeniya. 2004, no. 2 (38), pp.  126–135. (In Russ.).Kaputkina L.M. , Smarygina I.V. , Kaputkin D.E. etc. Effect of nitrogen addition on physicochemical properties and corrosion resistance of corrosion-resistant steels // Metal Science and Heat Treatment. 2015. Vol. 57(7). P. 395 – 401.Kaputkina L.M., Smarygina I.V., Kaputkin D.E., Svyazhin A.G., Bobkov T.V. Effect of nitrogen addition on physicochemical proper ties and corrosion resistance of corrosion-resistant steels. Metal Science and Heat Treatment. 2015, vol. 57, no.7, pp. 395–401.Janik-Czachor M., Lunarska E., Szklarska-Smialowska Z. Effect of nitrogen content in a 18Cr-5Ni-10Mn stainless steel on the pitting susceptibility in chloride solutions // Corrosion. 1975. Vol. 31(11). P. 394 – 398.Janik-Czachor M., Lunarska E., Szklarska-Smialowska Z. Effect of nitrogen content in a 18Cr-5Ni-10Mn stainless steel on the pitting susceptibility in chloride solutions. Corrosion. 1975, vol. 31, no. 11, pp. 394–398.Azuma Shigeki , Miyuki Hideaki , Kudo Takeo. Effect of alloying nitrogen on crevice corrosion of austenitic stainless steels // ISIJ International. 1996. Vol. 36 (7). P. 793 – 798.Azuma Shigeki , Miyuki Hideaki , Kudo Takeo. Effect of alloying nitrogen on crevice corrosion of austenitic stainless steels. ISIJ International. 1996, vol. 36 (7), pp. 793–798.Loable C., Viçosa I.N., Mesquita T.J. etc. Synergy between molybdenum and nitrogen on the pitting corrosion and passive film resistance of austenitic stainless steels as a pH-dependent effect // Materials Chemistry and Physics. 2017. Vol. 186. P. 237 – 245.Loable C., Viçosa I.N., Mesquita T.J., Mantel M., Nogueira R.P., Berthom G., Chauveau E., Roche V. Synergy between molybdenum and nitrogen on the pitting corrosion and passive film resistance of austenitic stainless steels as a pH-dependent effect. Materials Chemistry and Physics. 2017, vol. 186, pp. 237–245.Козырев С.П. Гидроабразивный износ металлов при кавитации. – М.: Машиностроение, 1971. – 240 с.Kozyrev S.P. Gidroabrazivnyi iznos metallov pri kavitatsii [Hydroabrasive wear of metals during cavitation]. Moscow: Mashinostroenie, 1971, 240 p. (In Russ.).Георгиевская Е.П. Кавитационная эрозия гребных винтов и методы борьбы с ней. – Л.: Судостроение, 1978. – 208 с.Georgievskaya E.P. Kavitatsionnaya eroziya grebnykh vintov i metody bor’by s nei [Cavitation erosion of propellers and methods of dealing with it]. Leningrad: Sudostroenie, 1978, 208 p. (In Russ.).Lauterborn W. Cavitation and coherent optics // Cavitation and Inhomogeneities in Underwater Acoustics. – Berlin, Heidelberg: Springer, 1980. P. 3 – 12.Lauterborn W. Cavitation and coherent optics. In: Cavitation and Inhomogeneities in Underwater Acoustics. Berlin, Heidelberg: Springer, 1980, pp. 3–12.Prikhod’ko V.M., Aleksandrov V.A., Fatyukhin D.S., Petrova L.G. Effect of ultrasonic cavitation on nitridedsteel surface layer condition // Metal Science and Heat Treatment. 2015. Vol. 57(5 – 6). P. 300 – 303.Prikhod’ko V.M., Aleksandrov V.A., Fatyukhin D.S., Petrova L.G. Effect of ultrasonic cavitation on nitrided steel surface layer condition. Metal Science and Heat Treatment. 2015, vol. 57 (5-6), pp.  300–303.Приходько В.М. Ультразвуковые технологии при производстве, эксплуатации и ремонте транспортной техники. – М: Техполиграфцентр, 2003. – 253 с.Prikhod’ko V.M. Ul’trazvukovye tekhnologii pri proizvodstve, ekspluatatsii i remonte transportnoi tekhniki [Ultrasonic technologies in the production, operation and repair of transport equipment]. Moscow: Tekhpoligraftsentr, 2003, 253 p. (In Russ.).Мерсон Д.Л., Линдров М.Л. Влияние кавитации на деструкцию поверхности конструкционных сталей // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2010. № 3. С. 43 – 45.Merson D.L., Lindrov M.L. Effect of cavitation on structural steels surface destruction. Vektor nauki Tol’yattinskogo gosudarstvennogo universiteta. 2010, no. 3, pp. 43–45. (In Russ.).Пирсол И.С. Кавитация. – М.: Мир, 1975. – 95 с.Pearsall J.S. Cavitation (Mechanics Engineering: Monograph). Mills & Boon, 1972, 80 p. (Russ.ed.: Pearsall J.S. Kavitatsiya. Moscow: Mir, 1975, 95 p.).Основыфизики и техники ультразвука / Б.А. Агранат, М.Н. Дубровин, Н.Н. Хавский и др. – М: Высшая школа, 1987. – 352 с.Agranat B.A., Dubrovin M.N., Khavskii N.N. etc. Osnovy fiziki i tekhniki ul’trazvuka [Basics of ultrasound physics and technology]. Moscow: Vysshaya shkola, 1987, 352 p. (In Russ.).Шестоперов В.Ю. Кавитационное разрушение материалов и критерии оценки их эрозионной стойкости // Тр. НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2013. № 5 (102). С. 79 – 83.Shestoperov V.Yu. Cavitation destruction of materials and the criteria for assessing their erosion resistance. Trudy NGTU im. R.E.  Alekseeva. 2013, no. 5 (102), pp. 79–83. (In Russ.).Kaputkina L.M., Svyazhin A.G., Smarygina I.V. etc. High-strength corrosion-resistant cryogenic steel alloyed with nitrogen // Metallurgist. 2016. Vol. 60 (7). P. 802 – 809.Kaputkina L.M., Svyazhin A.G., Smarygina I.V., Kindop V.E., Bazhenov V.E. High-strength corrosion-resistant cryogenic steel alloyed with nitrogen. Metallurgist. 2016, vol. 60, no. 7, pp. 802–809.Kaputkina L.M., Svyazhin A.G., Smarygina I.V., Kindop V.E. Influence of nitrogen and copper on hardening of austenitic chromium-nickelmanganese stainless steel // CIS Iron and Steel Review. 2016. Vol. 11. P. 30 – 34.Kaputkina L.M., Svyazhin A.G., Smarygina I.V., Kindop V.E. Influence of nitrogen and copper on hardening of austenitic chromiumnickel-manganese stainless steel. CIS Iron and Steel Review. 2016, vol. 11, pp. 30–34.Капуткина Л.М., Свяжин А.Г., Смарыгина И.В., Бобков Т.В. Коррозионная стойкость в разных средах высокопрочной аустенитной азотистой хромоникельмарганцевой стали // Изв. вуз. Черная металлургия. 2016. № 9. С. 663 – 670.Kaputkina L.M., Svyazhin A.G., Smarygina I.V., Bobkov T.V. Corrosion resistance in different media of high-strength austenitic nitrogenous chromium-manganese steel. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2016, no. 9, pp.  663–670. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.