blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2024-2-195-204blackmet-2710Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMATERIAL SCIENCEВлияние режимов термической обработки на структуру и свойства стали 08Х18Н6АГ10СEffect of heat treatment modes on structure and properties of 08Kh18N6AG10S steelhttps://orcid.org/0000-0002-4361-8906ГордиенкоА. И.GordienkoA. I.

Антонина Ильдаровна Гордиенко, к.т.н., научный сотрудник лаборатории физической мезомеханики и неразрушающих методов контроля

Россия, 634055, Томск, пр. Академичес­кий, 2/4

Antonina I. Gordienko, Cand. Sci. (Eng.), Research Associate of the Laboratory of Physical Mesomechanics and Non-Destructive Control Methods

2/4 Akademiches­kii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation

mirantil@ispms.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9594-5706АбдульменоваЕ. В.AbdulmenovaE. V.

Екатерина Владимировна Абдульменова, к.т.н., младший научный сотрудник лаборатории молекулярного имиджинга и фотоакустики

Россия, 634055, Томск, пр. Академичес­кий, 2/4

Ekaterina V. Abdulmenova, Cand. Sci. (Eng.), Junior Research of the Laboratory of Molecular Imaging and Photoacoustics

2/4 Akademiches­kii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation

Ekaterina.V.Abdulmenova@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0890-9983КозловаТ. В.KozlovaT. V.

Танзиля Вакильевна Козлова, к.ф.-м.н., младший научный сотрудник лаборатории физической мезомеханики и неразрушающих методов контроля

Россия, 634055, Томск, пр. Академичес­кий, 2/4

Tanzilya V. Kozlova, Cand. Sci. (Phys.-Math.), Junior Research of the Laboratory of Physical Mesomechanics and Non-Destructive Control Methods

2/4 Akademiches­kii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation

kozlovatv@ispms.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0880-2898ГомороваЮ. Ф.GomorovaYu. F.

Юлия Федоровна Гоморова, к.т.н., научный сотрудник лаборатории физической мезомеханики и неразрушающих методов конт­роля

Россия, 634055, Томск, пр. Академичес­кий, 2/4

Yulia F. Gomorova, Cand. Sci. (Eng.), Research Associate of the Laboratory of Physical Mesomechanics and Non-Destructive Control Methods

2/4 Akademiches­kii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation

gomjf@ispms.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9110-8313ВласовИ. В.VlasovI. V.

Илья Викторович Власов, к.т.н., научный сотрудник лаборатории физической мезомеханики и неразрушающих методов конт­роля

Россия, 634055, Томск, пр. Академичес­кий, 2/4

Il’ya V. Vlasov, Cand. Sci. (Eng.), Research Associate of the Laboratory of Physical Mesomechanics and Non-Destructive Control Methods

2/4 Akademiches­kii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation

viv@ispms.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5185-6405ФотинИ. А.FotinI. A.

Игорь Андреевич Фотин, инженер лаборатории физической мезомеханики и неразрушающих методов контроля

Россия, 634055, Томск, пр. Академичес­кий, 2/4

Igor’ A. Fotin, Engineer of the Laboratory of Physical Mesomechanics and Non-Destructive Control Methods

2/4 Akademiches­kii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation

i.fotin2010@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-9545-5400КаюровК. Н.KayurovK. N.

Константин Николаевич Каюров, генеральный директор

Россия, 630010, Новосибирск, ул. Геологическая, 49

Konstantin N. Kayurov, General Director

49 Geological str., Novosibirsk 630010, Russian Federation

kayurov@looch.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6315-2541БуяковаС. П.BuyakovaS. P.

Светлана Петровна Буякова, д.т.н., профессор, заместитель директора по научной работе, заведующий лабораторией физи­ческой мезомеханики и неразрушающих методов контроля

Россия, 634055, Томск, пр. Академичес­кий, 2/4

Svetlana P. Buyakova, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Deputy Director for Research, Head of the Laboratory of Physical Mesomechanics and Non-Destructive Control Methods

2/4 Akademiches­kii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation

sbuyakova@ispms.ruИнститут физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАНРоссияInstitute of Strength Physics and Materials Science, Siberian Branch of Russian Academy of SciencesRussian FederationООО Научно-производственное предприятие геофизической аппаратуры «Луч»РоссияLLK Scientific Production Enterprise of Geophysical Equipment “Luch”Russian Federation202421042024672195204Copyright © Гордиенко А.И., Абдульменова Е.В., Козлова Т.В., Гоморова Ю.Ф., Власов И.В., Фотин И.А., Каюров К.Н., Буякова С.П., 20242024Гордиенко А.И., Абдульменова Е.В., Козлова Т.В., Гоморова Ю.Ф., Власов И.В., Фотин И.А., Каюров К.Н., Буякова С.П.Gordienko A.I., Abdulmenova E.V., Kozlova T.V., Gomorova Y.F., Vlasov I.V., Fotin I.A., Kayurov K.N., Buyakova S.P.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/2710

Исследовано влияние режимов термической обработки на структуру и свойства аустенитной стали марки 08Х18Н6АГ10С. После закалки от 1040 и 1100 ℃ сохранилась аустенитная структура с двойникованными границами, при этом произошло уменьшение среднего размера аустенитных зерен с 42,3 ± 6 мкм (состояние поставки) до 38,1 ± 5,0 и 39,0 ± 4,5 мкм соответственно. После закалки от 1040 ℃ происходит выделение избыточных карбидных фаз на границах зерен. После закалки от 1100 ℃ обнаружены преимущественно оксиды марганца и кремния. Закалка стали от температуры 1040 ℃ приводит к незначительному снижению микротвердости (на 12 %) по сравнению с состоянием поставки (с 3285 ± 80 до 2895 ± 70 МПа). После закалки от 1100 ℃ твердость снижается в меньшей степени (до 3090 ± 80 МПа). Проведение закалки от 1040 и 1100 ℃ позволило существенно улучшить ударную вязкость разрушения стали. Значения ударной вязкости стали возросли до 223 ± 10 и 240 ± 5 Дж/см2 по сравнению с состоянием поставки (55 Дж/см2). При проведении испытаний на абразивный износ обнаружено, что образцы стали после закалки от 1040 и 1100 ℃ демонстрируют сопоставимый уровень износостойкости по сравнению с состоянием поставки. Потеря массы после прохождения дистанции ролика 4309 м для всех состояний стали составляет примерно 8,0 %. Сделано заключение, что оптимальной термической обработкой стали марки 08Х18Н6АГ10С является закалка от температуры 1100 ℃, которая позволяет улучшить вязкость разрушения стали при сохранении микротвердости и износостойкости.

The paper studies the influence of heat treatment modes on the structure and properties of austenitic steel grade 08Kh18N6AG10S. Austeni­tic structure with twinned boundaries was preserved after quenching at 1040 and 1100 ℃. At the same time, the average size of austenitic grains decreased from 42.3 ± 6 μm (supply condition) to 38.1 ± 5.0 and 39.0 ± 4.5 μm, respectively. Quenching at 1040 ℃ leads to release of excess carbide phases at the grain boundaries. Mainly manganese and silicon oxides were found after quenching at 1100 ℃. Quenching at 1040 ℃ leads to a slight decrease in microhardness (by 12 %) compared to the condition of supply (from 3285 ± 80 to 2895 ± 70 MPa). The hardness decreases less after quenching at 1100 ℃ (up to 3090 ± 80 MPa). Quenching at 1040 and 1100 ℃ has significantly improved the fracture toughness of steel. Values of impact strength of the steel increased to 223 ± 10 and 240 ± 5 J/cm2 compared to the condition of supply (55 J/cm2). The authors found that the steel samples demonstrate a comparable level of wear resistance during tests for abrasive wear compared to the condition of supply after quenching at 1040 and 1100 ℃. The mass loss after passing the roller distance of 4309 m for all steel conditions is approximately 8.0 %. The authors concluded that the most optimal heat treatment of 08Kh18N6AG10S steel is quenching at 1100 ℃, which improves the fracture toughness of steel while maintaining microhardness and wear resistance.

немагнитная аустенитная стальзакалкамикроструктурафазовый составударная вязкость разрушениямикротвердостьабразивный износnon-magnetic austenitic steelhardeningmicrostructurephase compositionfracture toughnessmicrohardnessabrasive wearРабота выполнена в рамках государственного задания Института физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН, тема номер FWRW-2021-0009. Авторы благодарят В.Н. Еремина за предоставление материала для исследований, И.Н. Севостьянову за помощь в подготовке образцов для микроструктурных исследований и механических испытаний, А.А. Неймана за проведение структурных исследований с помощью растровой электронной микроскопии, В.В. Шмакова за помощь в проведении абразивных испытаний.The work was performed within the framework of the state task of the Institute of Strength Physics and Materials Science, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, project No. FWRW-2021-0009. The authors express their gratitude to V.N. Eremin for providing material for research, I.N. Sevostyanova for assistance in preparing samples for microstructural studies and mechanical tests, A.A. Neumann for conducting structural studies using scanning electron microscopy, V.V. Shmakov for assistance in conducting abrasive tests.ReferencesBrook B.W., Alonso A., Meneley D.A., Misak J., Blees T., van Erp J.B. Why nuclear energy is sustainable and has to be part of the energy mix. Sustainable Materials and Technologies. 2014;1-2:8–16. https://doi.org/10.1016/j.susmat.2014.11.001Brook B.W., Alonso A., Meneley D.A., Misak J., Blees T., van Erp J.B. Why nuclear energy is sustainable and has to be part of the energy mix. Sustainable Materials and Technologies. 2014;1-2:8–16. https://doi.org/10.1016/j.susmat.2014.11.001Jia C., Pang X., Song Y. The mechanism of unconventional hydrocarbon formation: Hydrocarbon self-sealing and intermolecular forces. Petroleum Exploration and Development. 2021;48(3):507–526. https://doi.org/10.1016/s1876-3804(21)60042-3Jia C., Pang X., Song Y. The mechanism of unconventional hydrocarbon formation: Hydrocarbon self-sealing and intermolecular forces. Petroleum Exploration and Development. 2021;48(3):507–526. https://doi.org/10.1016/s1876-3804(21)60042-3Шевченко И.А. Бурение скважин с большим отходом от вертикали с использованием роторных управляемых систем при контроле геофизических параметров в режиме реального времени. Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: естественные и технические науки. 2014;(1-0):36–39.Shevchenko I.A. Drilling wells with a large departure from the vertical, using a rotary-driven systems with control geophysical parameters in real-time. Modern Science: Actual Problems of Pheory and practice. Series: Natural and Technical Sciences. 2014;(1-2):36–39. (In Russ.).Закиров А.Я. Первые результаты испытаний роторно-управляемых систем российского производства. Proнефть. Профессионально о нефти. 2016;(2(2)):43–47.Zakirov A.Ya. The first test results of Russian-made rotary-controlled systems. Proneft’. Professionally about oil. 2016;(2(2)):43–47. (In Russ.).Zhang C., Zou W., Cheng N. Overview of rotary steerable system and its control methods. In: Proceedings of 2016 IEEE Int. Conf. on Mechatronics and Automation. 2016: 1559–1565. https://doi.org/10.1109/icma.2016.7558796Zhang C., Zou W., Cheng N. Overview of rotary steerable system and its control methods. In: Proceedings of 2016 IEEE Int. Conf. on Mechatronics and Automation. 2016: 1559–1565. https://doi.org/10.1109/icma.2016.7558796Кушнерева Д.С., Сапожников Г.В. Исследование свойств новых высокопрочных нержавеющих сталей. Химичес­кая физика и мезоскопия. 2019;21(1):39–44. https://doi.org/10.15350/17270529.2019.1.6Kushnereva D.S., Sapozhnikov G.V. Properties investigations of the new high-strength stainless steels. Chemical Physics and Mesoscopy. 2019;21(1):39–44. (In Russ.). https://doi.org/10.15350/17270529.2019.1.6Foldyna V., Kubon Z., Filip M., Mayer K.-H., Berger C. Eva­luation of structural stability and creep resistance of 9–12 % Cr steels. Steel Research. 1996;67(9):375–381. https://doi.org/10.1002/srin.199605504Foldyna V., Kubon Z., Filip M., Mayer K.-H., Berger C. Eva­luation of structural stability and creep resistance of 9–12 % Cr steels. Steel Research. 1996;67(9):375–381. https://doi.org/10.1002/srin.199605504Grässel O., Krüger L., Frommeyer G., Meyer L.W. High strength Fe–Mn–(Al, Si) TRIP/TWIP steels development – properties – application. International Journal of Plasticity. 2000;16(10-11):1391–1409. https://doi.org/10.1016/S0749-6419(00)00015-2Grässel O., Krüger L., Frommeyer G., Meyer L.W. High strength Fe–Mn–(Al, Si) TRIP/TWIP steels development – properties – application. International Journal of Plasticity. 2000;16(10-11):1391–1409. https://doi.org/10.1016/S0749-6419(00)00015-2Brüx U., Frommeyer G., Grässel O., Meyer L.W., Weise A. Development and characterization of high strength impact resistant Fe–Mn–(Al, Si) TRIP/TWIP steels. Steel Research. 2002;73(6-7):294–298. https://doi.org/10.1002/srin.200200211Brüx U., Frommeyer G., Grässel O., Meyer L.W., Weise A. Development and characterization of high strength impact resistant Fe–Mn–(Al, Si) TRIP/TWIP steels. Steel Research. 2002;73(6-7):294–298. https://doi.org/10.1002/srin.200200211Frommeyer G., Brüx U., Neumann P. Supra-ductile and high-strength manganese-TRIP/TWIP steels for high energy absorption purposes. ISIJ International. 2002;43(3):438–446. https://doi.org/10.2355/isijinternational.43.438Frommeyer G., Brüx U., Neumann P. Supra-ductile and high-strength manganese-TRIP/TWIP steels for high energy absorption purposes. ISIJ International. 2002;43(3):438–446. https://doi.org/10.2355/isijinternational.43.438Костина М.В., Банных О.А., Блинов В.М. Особенности сталей, легированных азотом. Металловедение и термическая обработка металлов. 2000;(12):3–6.Kostina M.V., Bannykh O.A., Blinov V.M. Features of nitrogen-alloyed steels. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2000;(12):3–6. (In Russ.).Mudali U.K., Dayal R.K. Influence of nitrogen addition on the crevice corrosion resistance of nitrogen-bearing austenitic stainless steels. Journal of Materials Science. 2000;35(7):1799–1803. https://doi.org/10.1023/A:1004740905317Mudali U.K., Dayal R.K. Influence of nitrogen addition on the crevice corrosion resistance of nitrogen-bearing austenitic stainless steels. Journal of Materials Science. 2000;35(7):1799–1803. https://doi.org/10.1023/A:1004740905317Костина М.В., Ригина Л.Г. Азотосодержащие стали и способы их производства. Известия вузов. Черная металлургия. 2020;63(8):606–622. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-8-606-622Kostina M.V., Rigina L.G. Nitrogen-containing steels and methods of their production. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2020;63(8):606–622. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-8-606-622Науменко В.В., Шлямнев А.П., Филипов Г.А. Азот в аустенитных нержавеющих сталях различных систем легирования. Металлург. 2011;(6):46–53.Naumenko V.V., Shlyamnev A.P., Filipov G.A. Nitrogen in austenitic stainless steels of various alloying systems. Metallurg. 2011;(6):46–53. (In Russ.).Klotz U.E., Solenthaler C., Ernst P., Uggowitzer P.J., Speidel M.O. Alloy compositions and mechanical properties of 9–12 % chromium steels with martensitic–auste­nitic microstructure. Materials Science and Engineering: A. 1999;272(2):292–299. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(99)00490-6Klotz U.E., Solenthaler C., Ernst P., Uggowitzer P.J., Speidel M.O. Alloy compositions and mechanical properties of 9–12 % chromium steels with martensitic–auste­nitic microstructure. Materials Science and Engineering: A. 1999;272(2):292–299. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(99)00490-6Rawers J.C. Characterizing alloy additions to carbon high-nitrogen steel. Journal of Materials: Design and Applications. 2004;218(3):239–246. https://doi.org/10.1177/146442070421800309Rawers J.C. Characterizing alloy additions to carbon high-nitrogen steel. Journal of Materials: Design and Applications. 2004;218(3):239–246. https://doi.org/10.1177/146442070421800309Rawers J.C. Alloying effects on the microstructure and phase stability of Fe–Cr–Mn steels. Journal of Materials Science. 2008;43(10):3618–3624. https://doi.org/10.1007/s10853-008-2576-3Rawers J.C. Alloying effects on the microstructure and phase stability of Fe–Cr–Mn steels. Journal of Materials Science. 2008;43(10):3618–3624. https://doi.org/10.1007/s10853-008-2576-3Mushnikova S.Yu., Kostin S.K., Sagaradze V.V., Katae­­va N.V. Structure, properties, and resistance to stress-corrosion cracking of a nitrogen-containing austenitic steel strengthened by thermomechanical treatment. Physics of Metals and Metallography. 2017;118(11):1155–1166. https://doi.org/10.1134/S0031918X17110096Mushnikova S.Yu., Kostin S.K., Sagaradze V.V., Katae­­va N.V. Structure, properties, and resistance to stress-corrosion cracking of a nitrogen-containing austenitic steel strengthened by thermomechanical treatment. Physics of Metals and Metallography. 2017;118(11):1155–1166. https://doi.org/10.1134/S0031918X17110096Scherrer P. Bestimmung der Größe und der inneren Struktur von Kolloidteilchen mittels Röntgenstrahlen. Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen, Mathematisch-Physikalische Klasse. 1918;1918(2):98–101. (In Germ.).Scherrer P. Bestimmung der Größe und der inneren Struktur von Kolloidteilchen mittels Röntgenstrahlen. Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen, Mathematisch-Physikalische Klasse. 1918;1918(2):98–101. (In Germ.).Timoshenko S.P., Goodier J.N. Theory of Elasticity. New York – Toronto – London: McGraw-Hill book company; 1951:519.Timoshenko S.P., Goodier J.N. Theory of Elasticity. New York – Toronto – London: McGraw-Hill book company; 1951:519.Stokes A.R., Wilson A.J.C. The diffraction of X rays by distorted crystal aggregates. Proceedings of the Physical Socie­ty. 1944:56(3):174–181. https://doi.org/10.1088/0959-5309/56/3/303Stokes A.R., Wilson A.J.C. The diffraction of X rays by distorted crystal aggregates. Proceedings of the Physical Socie­ty. 1944:56(3):174–181. https://doi.org/10.1088/0959-5309/56/3/303ASTM G65. Standard Test Method for Measuring Abrasion Using the Dry Sand/Rubber Wheel Apparatus ASTM. 2016:14.ASTM G65. Standard Test Method for Measuring Abrasion Using the Dry Sand/Rubber Wheel Apparatus ASTM. 2016:14.Yuan X., Chen L., Zhao Y., Di H., Zhu F. Influence of annealing temperature on mechanical properties and microstructures of a high manganese austenitic steel. Journal of Mate­rials Processing Technology. 2015;217:278–285. https://doi.org/10.1016/J.JMATPROTEC.2014.11.027Yuan X., Chen L., Zhao Y., Di H., Zhu F. Influence of annealing temperature on mechanical properties and microstructures of a high manganese austenitic steel. Journal of Mate­rials Processing Technology. 2015;217:278–285. https://doi.org/10.1016/J.JMATPROTEC.2014.11.027Lee E., Mishra B., Palmer B.R. Effect of heat treatment on wear resistance of Fe–Cr–Mn–C–N high-interstitial stainless steel. Wear. 2016;368-369:70–74. https://doi.org/10.1016/j.wear.2016.09.008Lee E., Mishra B., Palmer B.R. Effect of heat treatment on wear resistance of Fe–Cr–Mn–C–N high-interstitial stainless steel. Wear. 2016;368-369:70–74. https://doi.org/10.1016/j.wear.2016.09.008Speidel M.O. Nitrogen containing austenitic stainless steels. Materials Science and Engineering Technology. 2006;37(10):875–880. https://doi.org/10.1002/mawe.200600068Speidel M.O. Nitrogen containing austenitic stainless steels. Materials Science and Engineering Technology. 2006;37(10):875–880. https://doi.org/10.1002/mawe.200600068

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