СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АУСТЕНИТНЫХ Cr – Ni – Ti СТАЛЕЙ ПОСЛЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО АЗОТИРОВАНИЯ

 Легирование коррозионностойких аустенитных сталей азотом широко применяется в производстве для стабилизации аустенита, улучшения прочностных и других свойств металла. Возможность легирования азотом титансодержащих сталей путем ввода азота в расплав отсутствует, так как это вызывает образование в стали при разливке и кристаллизации металла грубых дефектов (заворотов корки, крупных нитридных включений, скоплений нитридов и др.). Альтернативой жидкофазному азотированию для легирования азотом аустенитных титансодержащих хромоникелевых сталей с целью повышения их прочностных свойств может служить метод высокотемпературного газового азотирования. В настоящей работе исследована возможность повышения прочностных характеристик тонколистовой аустенитной коррозионностойкой стали типа Х18Н12Т, содержащей 1,5 и 3 % титана, за счет применения твердофазного высокотемпературного азотирования. Азотирование осуществляли при температуре 1000 – 1100 °С в атмосфере чистого азота в течение 5 или 8 ч. Средняя массовая доля азота в образцах после азотирования в течение 5 ч составляла 0,6 и 0,7 % для сталей с 1,5 и 3 % титана соответственно, а после азотирования в течение 8 ч – 0,8 и 0,9 %. Показано, что высокотемпературное азотирование с отжигом обеспечивает значительное (в 2 – 3 раза) повышение прочностных характеристик металла по сравнению с состоянием до азотирования. Однако при этом происходит естественное понижение пластичности. В ходе конечной обработки пластичность восстанавливается. На стали типа Х18Н12Т с 1,5 % титана получено увеличение предела текучести в 3,3 раза (с 180 до 600 МПа) и предела прочности в 1,8 раз (с 540 до 970 МПа) при относительном удлинении на уровне 28 %. На стали с 3 % титана дополнительного увеличения прочностных характеристик не обнаружено. Полученные результаты показывают возможность получения тонколистовой титансодержащей высокоазотистой стали (или изделий из нее, например, тонкостенных труб) путем применения твердофазного высокотемпературного азотирования.

1. Гаврилюк В.Г. Физические основы азотистых сталей // Перспективные материалы. Т. II: Конструкционные материалы и методы управления их качеством. – Тольятти: ТГУ, – М.: МИСиС, 2007. С. 5 – 74.

2. Svyazhin A.G., Prokoshkina V.G., Kosyrev K.L. Effect of nitrogen on structure properties of thermomechanically strengthened steels // Proc. 10th Int. Conf. High Nitrogen Steels HNS 2009 (Moscow, Russia, July 6-8, 2009). – M.: MISIS, 2009. P. 77 – 82.

3. Шпайдель М.О. Новые азотосодержащие аустенитные нержавеющие стали с высокими прочностью и пластичностью // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. № 11. С. 9 – 14.

4. Berezovskaya V.V., Bobrova V.E., Melnik V.P. etc. Corrosion proper ties of austenitic Cr-Mn-Ni-N steels with various manganese concentrations // Russian metallurgy (Metally). 2008. No. 1. P. 29 – 33.

5. Рашев Ц.В. Высокоазотистые стали. Металлургия под давлением. – София: Изд-во Болгарской академии наук «Проф. Марин Дринов», 1995. – 218 с.

6. Поволоцкий Д.Я., Гудим Ю.А. Производство нержавеющей стали. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 1998. – 236 с.

7. Бородулин Г.М., Мошкевич Е.И. Нержавеющая сталь. – М.: Металлургия, 1973. – 320 с.

8. Yoo D.K., Lee H.J., Kang C.Y. etc. A study on nitrogen permeation and tempering heat treatment of AISI type 409L ferritic stainless steel // Solid State Phenomena. 2006. Vol. 118. P. 149 – 154.

9. Nikulin S.A., Rogachev S.O., Khatkevich V.M., Rozhnov A.B. Hardening of ferritic corrosion-resistant steel by the method of internal nitriding // Metal Science and Heat Treatment. 2013. Vol. 55. P. 351 – 354.

10. Khatkevich V.M., Nikulin S.A., Rozhnov A.B. Rogachev, S.O. Mechanical properties and fracture of ferritic corrosion-resistant steels after high-temperature nitriding // Metal Science and Heat Treatment. 2015. Vol. 57. No. 7 – 8. P. 205 – 209.

11. Петрова Л.Г. Упрочнение аустенитных сталей и сплавов за счет формирования твердого раствора при азотировании // Упрочняющие технологии и покрытия. 2007. № 4. С. 9 – 17.

12. Sung J.H., Kong J.H., Yoo D.K. etc. Phase changes of the AISI 430 ferritic stainless steels after high-temperature gas nitriding and tempering heat treatment // Materials Science and Engineering A. 2008. Vol. 489. P. 38 – 43.

13. Peng D.Q., Kim T.H., Chung J.H., Park J.K. Development of nitridelayer of AISI 304 austenitic stainless steel during high-temperature ammonia gas-nitriding // Applied Surface Science. 2010. Vol. 256. P. 7522 – 7529.

14. Petrova L.G. Internal nitriding of high-temperature steels and alloys // Metal Science and Heat Treatment. 2001. Vol. 43. No. 1 – 2. P. 11 – 1 7 .

15. Belomyttsev M.Yu. A study of processes of phase formation and hardening in molybdenum alloys after internal nitriding // Metal Science and Heat Treatment. 2018. Vol. 60. No. 3 – 4. P. 243 – 252.

16. Garzón C.M., Tschiptschin A.P. EBSD texture analysis of a high temperature gas nitrided duplex stainless steel // Materials Science and Engineering A. 2006. Vol. 441. P. 230 – 238.

17. Lakhtin Yu.M. High-temperature nitriding // Metal Science and Heat Treatment. 1991. Vol. 33. P. 124 – 130.

18. Рогачев С.О., Хаткевич В.М., Кадач М.В. и др. Применение высокотемпературного азотирования для повышения прочности тонколистовой титансодержащей стали типа Х18Н12АТ // Деформация и разрушение материалов. 2017. № 6. С. 34 – 38.

19. Рогачев С.О., Хаткевич В.М., Кадач М.В. и др. Возможность получения титансодержащей высокоазотистой стали типа Х18Н12АТ с применением высокотемпературного азотирования листа // Фазовые превращения и прочность кристаллов: Сб. тезисов IX Междунар. конф. – Черноголовка, 2016. С. 112.

20. Winiowski A. Impact of conditions and parameters of brazing of stainless steel and titanium on mechanical and structural properties of joints // Archives of Metallurgy and Materials. 2007. Vol. 52. P. 593 – 608.

21. Okamoto M., Tanaka R., Naito T., Fujimoto R. On the manufacture of high-chromium steels in high-pressure nitrogen atmosphere and heat resisting properties of 316L-type steels // Tetsu-to-Hagane Overseas. 1962. Vol. 2. No. 1. P. 25 – 36.