АЗОТИСТЫЕ И ВЫСОКОАЗОТИСТЫЕ СТАЛИ. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СВОЙСТВА

Давление азота при выплавке может быть основой для наиболее общей классификации сталей, легированных азотом. Азотистые стали получают при нормальном давлении, высокоазотистые – при давлении выше атмосферного в специальных агрегатах. Азот, как и углерод, также упрочняет аустенит, но повышает его термическую стабильность, имеет меньшие размеры ионов и большую растворимость в α- и γ-фазах. Результатом является меньший размер нитридов, меньшая поверхностная энергия, больший упрочняющий эффект и возможность одновременного повышения прочности и коррозионной стойкости аустенита. В работе рассмотрены механизм влияния азота на свойства стали, термодинамика и кинетика легирования стали азотом, критические концентрации азота, влияние азота на свойства стали. В настоящее время нет единой сбалансированной базы данных и термодинамической модели. Поэтому произвольный выбор значений константы равновесия и параметров взаимодействия по табличным данным уменьшает точность расчетов растворимости азота в стали. В сложившейся ситуации лучше использовать экспериментальные данные для конкретного сплава из оригинальных работ. При выборе данных нужно ориентироваться на следующие контрольные величины: K_N = 0,044, A ≥ 600. Растворимость азота в жидком металле, α- и γ-фазах существенно различна. Критическая концентрация азота N_k, превышение которой при затвердевании стали приводит к образованию пузырей и пор, зависит от состава стали. В настоящее время приемлемые результаты при определении критической концентрации азота могут быть получены из следующего условия: в течение всего времени затвердевания содержание азота в остаточной жидкости должно быть меньше его равновесного с общим давлением в системе содержания в жидком металле при той же температуре. Приведены примеры азотистых и высокоазотистых сталей, в том числе сталей со специальными свойствами, таких как коррозионностойкие в биоактивных средах, бактерицидные стали, стали, легированные по схеме C + N.

1. Svyazhin A.G., Kaputkina L.M. High nitrogen steels: today and tomorrow // Proceedings of the 11th Intern. Conf. on High Nitrogen Steels and Interstitial Alloys (HNS 2012). Chennai, India. VRK Printing House, 2013. P. 11 – 22.

2. Stein G., Hucklenbrouch I. Manufakturing and applications of high nitrogen steels // Materials and manufacturing processes. 2004. Vol. 19. No. 1. P. 7 – 17.

3. Foct J., Domain C., Becquart C.S. High nitrogen steels and intersti tial alloying // Materials Science Forum. 2003. Vols. 426 – 432. P. 161– 170.

4. Lin Q., Li Ch. Rapidly growing stainless steel industry in China // Proceedings of Int. Conference on High Nitrogen Steels (HNS 2006). China, 2006. P. 1 – 13.

5. Speidel M.O., Speidel H.J. Nitrogen containing austenitic stainless steels // Proceedings of Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2006). China, 2006. P. 21 – 29.

6. Ritzenhoff R., Ghardi M.M., Noneder H., Diel V. A new application of high nitrogen steels: nuts, bolts and fasteners // Proceedings of the 11th Intern. Conf. on High Nitrogen Steels and Interstitial Alloys (HNS 2012). Chennai, India.VRK Printing House, 2013. P. 63 – 70.

7. Chai G., Kangas P. New hyperduplex stainless steels and their applications // Proceedings of the 11th Intern. Conf. on High Nitrogen Steels and Interstitial Alloys (HNS 2012). Chennai, India. VRK Printing House, 2013. P.71 – 82.

8. Рашев Ц. Высокоазотистые стали. Металлургия под давлением. – София: Изд. Болгарской АН, 1995. – 270 с.

9. Balachandran G. Development of high nitrogen steels materials // Proceedings of the 11th Int. Conf. on High Nitrogen Steels and Interstitial Alloys (HNS 2012). Chennai, India. VRK Printing House, 2013. P. 41 – 62.

10. Jiang Zh., Li H., Shen M. Manufacture of nickel free high nitrogen austenitic stainless steels // Proceedings of Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2006). China. 2006. P. 372 – 380.

11. Balachandran G., Bhatia M.L., Ballal N.B. etс. Some theoretical aspects on designing nickel free high nitrogen austenitic stainless steels // ISIJ International. 2001. Vol. 41. No. 9. P. 1018 – 1027.

12. Ren Y., Yang K., Zhang B., Shan Y. Study of fatigue and abrasion of biomedical nickel free austenitic stainless steel // Proceedings of Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2006). China. 2006. P. 185 – 190.

13. Свяжин А.Г., Капуткина Л.М. Стали, легированные азотом // Изв. вуз. Черная металлургия. 2005. № 10. С. 36 – 46.

14. Банных О.А., Блинов В.М., Березовская В.В. и др. Влияние мартенситного превращения в сплавах Fe-Cr-N на коррозионное растрескивание под напряжением // Металлы. 2005. № 4. С. 26 – 31.

15. Saller G., Bernauer J., Leitner H. etc. On the development of optimised Cr-Mn-N–alloyed austenitic steels // Proceedings of the 7th Int. Conf. High Nitrogen Steels (HNS 2004). Ostend. 2004. P. 283 – 292.

16. Gavriljuk V.G. Atomic interaction and mechanisms of strengthening in nitrogen steels // Proceedings of Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2006). China. 2006. P. 3 – 12.

17. Gavriljuk V.G. Carbon, nitrogen and hydrogen in steels: plasticity and brittleness // Proceedings of the 11th Int. Conf. on High Nitrogen Steels and Interstitial Alloys (HNS 2012). Chennai, India. VRK Printing House. 2013. P. 23 – 30.

18. Gavriljuk V.G., Berns H. High Nitrogen Steels. – Berlin: Springer Verlag, 1999. – 378 p.

19. Свяжин А.Г., Чурсин Г.М., Вишкарев А.Ф., Явойский В.И. Растворимость азота в жидком железе // Известия АН СССР. Металлы. 1974. № 5. С. 24 – 35.

20. Svyazhin A.G. Thermodynamics and kinetics of nitrogen absorption by molten metal out of gas phase // Transactions of the Indian Institute of Metals. 2002. Vol. 55. No 4. P. 297 – 310.

21. Рашев Ц., Иванов Р., Саръиванов Л. и др. Иследоване растворимоста на азота в течни желязохромови сплави под налягане // Металургия (София). 1976. № 6. С. 8 – 10.

22. Свяжин А.Г. Термодинамика растворов азота в жидких сплавах железа // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2008. № 4. С. 46 – 51.

23. Помарин Ю.М., Григоренко Г.М., Шеревера А.В. Абсорбция азота высокохромистыми расплавами и жидким хромом при повышенном давлении // Известия АН СССР. Металлы. 1990. № 5. С. 40 – 45.

24. Siwka J. Nitrogen solubility in liquid binary alloys with chromium, molybdenum, nickel, vanadium, silicon and carbon // Proceedings of the Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2003). ETH Zeurich, Hochschulverlag. 2003. P. 91 – 100.

25. Siwka J., Hutny A. Solubility of nitrogen in liquid iron alloys espe cially with chromium and vanadium // Proceedings of the 12th Int. Conf. оn High Nitrogen Steels (HNS 2014). Hamburg. Energietechnik Essen, 2014. P. 6 – 10.

26. Соколов В.М., Ковальчук Л.А. Растворимость азота в многокомпонентных жидких сплавах железа // Известия АН СССР. Металлы. 1990. № 6. С. 28 – 32.

27. Свяжин А.Г., Баженов В.Е., Капуткина Л.М. и др. Критическая концентрация азота в высокоазотистых сталях, обеспечивающая получение плотного слитка // Металлург. 2014. № 11. С. 41 – 46.

28. Stein G., Diehl V. High nitrogen alloyed steels on the move-field of application // Proceedings of 7th Int. Conf. on High Nitrogen Steels 2004 (HNS 2004). Ostend. GRIPS media. P. 421 – 426.

29. Kolpishon E.Y., Utochkin Y.I., Ivanova M.V. HNS product quality and technology of their manufacturing // Proceedings of 7th Int. Conf. on High Nitrogen Steels 2004 (HNS 2004). Ostend, GRIPS media. P. 591 – 596.

30. Афанасьев Н.Д., Жданович К.К. Плазменно-дуговой переплав высокоазотистых сталей // Высокоазотистые стали. Тр. I Всесоюзной конф. – Киев, Изд. Института металлофизики АН УССР, 1990. С. 258 – 260.

31. Ritzenhoff R., Diehl V. Manufacturing of HNS alloys at Energietechnik Essen GmbH-a process ovierview // Proceedings of 10th Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2009). Moscow, Russia. 2009. P. 243 – 248.

32. Flach R., Saller G., Egsaer S. etс. A new cold worked superaustenitic stainless steel for application // Proceedings of the11th Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2006). Beijing, China. Metallurgical Industry Press, 2006. P. 284 – 289.

33. А.с. 520584 СССР. Способ переплава расходуемого электрода / Б.Е. Патон, Б.И. Медовар, В.И. Лакомский и др. Бюл. изобр. 1982. № 20.

34. Ritzenhoff R., Medovar L., Stovpchenko G. Improvement of arc slag remelting technology for HNS manufacturing // Proceedings of the 12th Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2014). Hamburg, Energietechnik Essen. 2014. P. 114 – 117.

35. Katada Y., Sagara M., Kobayashi Y. etс. Fabrication of high strength high nitrogen stainless steel with excellent corrosion resistance and its mechanical properties // Materials and Manufacturing Processes. 2004. No. 1. P. 19 – 30.

36. Li H., Jiang Z.-H., Cao Y. etс. Fabrication of high nitrogen austenitic stainless steels with excellent mechanical and pitting corrosion properties // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2009. Vol. 16. No. 4. P. 387 – 392.

37. Рашев Ц.В., Жекова Л.П., Богев П.В. О развитии металлургии под давлением // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 1. С. 60 – 66.

38. Shibata T., Sigiyama T. Nitrogen behavior of pressurized induction furnace // Proceedings of the 9th Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2006). Beijing, China. Metallurgical Industry Press, 2006. P. 366 – 371.

39. Kurka V., Pindor J. Metallurgical and casting results obtained on the “vacuum and over-pressurized induction melting furnace” and future possibilities of unit // Proceedings of the 11th Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2012). Chennai, India. VRK Printing House, 2013. P. 137 – 144.

40. Schneiders T., Ritzenhoff R., Jung H.-P., etc. // Pro ceedings of the 12th Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2014). Hamburg. Energietechnik Essen, 2014. P. 120 – 127.

41. Singhal L.K., NarasimhaRao V. Current status of high performance stainless steel manufacturing & products in India // Proceedings of the 11th Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2012). Chennai, India. VRK Printing House, 2013. P. 31 – 40.

42. Lachmann S. Nitrogen alloying practical experience at Schmiedewerke Groeditz GmbH // Proceedings of the 12th Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2014). Hamburg. Energietechnik Essen, 2014. P. 12 – 17.

43. Свяжин А.Г., Халек Шахин М.А., Шевченко А.Д. Массообмен при продувке стали в ковше азотом // Изв. вуз. Черная металлургия. 1984. № 9. С. 37 – 42.

44. Ivlev S.A., Scheller P.R., Svyazhin A.G. Alloying of steels with nit ro gen from a gas phase during VOD // Proceedings of 10th Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2009). Moscow, Russia. 2009. P. 41 – 46.

45. Svyazhin A.G., Kaputkina L.M., Smarygina I.V. The low-nickel cryogenic steel alloyed by nitrogen // Materials Science Forum. Trans Tech Publications, Switzerland. 2017. Vol. 879. P. 1899 – 1904.

46. Капуткина Л.М., Смарыгина И.В., Капуткин Д.Е. и др. Влияние добавки азота на физико-химические свойства и сопротивление коррозии коррозионностойких сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 7. C. 29 – 35.

47. Sulyagin R., Karjalainen P., Kolpishon E. Studies on recrystallization and microstructure evolution of nitrogen-alloyed stainless steels // Proceedings of the 7th Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2004). Ostend. GRIPS media, P. 171 – 175.

48. Diehl V., Stein G. High nitrogen alloyed steels on the move-fields of application // Proceedings of the 7th Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 200). Ostend. 2004. P. 421 – 426.

49. Rashev Tc., Andreev Ch., Manchev M., Nenova L. Creation and de velopment of new high nitrogen steels in the Institute of Metal Science at Bulgarian Academy of Sciences // Proceedings of the Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2003). ETH Zeurich, Hochschulverlag. 2003. P. 241 – 248.

50. Нижегородов С.Ю., Волосков С.А., Трусов В.А. и др. Коррозия сталей под воздействием микроорганизмов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2008. № 4. С. 44 – 48.

51. Berns H., Riedner S., Gavriljuk V. High interstitial stainless auste nitic steels, Part I: constitution, heat treatment, properties, application // Proceedings of the 11th Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2009). Moscow, Russia. P. 129 – 139.