Прогнозирование перспективных составов дуплексных коррозионностойких сталей

В настоящее время в нефтехимической промышленности широко используются дуплексные коррозионностойкие стали (DuplexStainlessSteel, DSS), в которых аустенит и феррит находятся в равных долях, что обеспечивает благоприятное сочетание механических свойств наряду с высокой коррозионной стойкостью этих сталей. Разработка новых составов DSS - это поиск компромисса. Повышение содержания хрома в стали обеспечивает ее более высокую коррозионную стойкость, однако для сохранения фазового баланса увеличивают концентрацию никеля, который вызывает образование нежелательной a-фазы. Чтобы исключить появление данной фазы, никель заменяют азотом, который провоцирует образование неблагоприятных нитридов хрома. В настоящей работе рассмотрены термодинамические критерии для обоснованного выбора состава перспективных дуплексных коррозионностойких сталей: при температуре начала горячей пластической деформации аустенит и феррит должны быть в равных долях; температура начала образования a-фазы должна быть ниже температуры конца горячей пластической деформации; температура начала образования нитридов хрома должна быть минимальной. Изучено поведение этих критериев под влиянием основных и дополнительных легирующих элементов сталей, а результаты этих исследований обобщены в виде уравнений множественной регрессии. Показано использование найденных уравнений для решения задач оптимизации химического состава известных коммерческих марок, а также для разработки новых сталей с заданными свойствами. Методами горячего физического эксперимента показано, что термодинамическое моделирование хорошо описывает содержание феррита, найденное экспериментально в опытных сталях разного состава при разных температурах закалки.

1. Practical guidelines for the fabrication of duplex stainless steels. - London, UK: International Molybdenum Association (IMOA), 2009. - 64 p.

2. Kang J.-Y., Kim H., Kim K.-I. etc. Effect of austenitic texture on tensile behavior of lean duplex stainless steel with transformation induced plasticity (TRIP) // Materials Science and Engineering: A. 2017. Vol. 681. P. 114 - 120.

3. Ran Q., Xu Y., Li J. etc. Effect of heat treatment on transformation-induced plasticity of economical Cr19 duplex stainless steel // Materials & Design (1980 - 2015). 2014. Vol. 56. P. 959 - 965.

4. Zhang W., Hu J. Effect of annealing temperature on transformation induced plasticity effect of a lean duplex stainless steel // Materials Characterization. 2013. Vol. 79. P. 37 - 42.

5. Levkov L., Shurygin D., Dub V. etc. New generation of super duplex steels for equipment gas and oil production // E3S Web of Conferences.2019. Vol. 121. Article 04007.

6. Orlov V., Levkov L., Dub V. etc. New approach to development and manufacturing technologies of duplex steel // E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 121. Article 04010.

7. Calliari I., Zanesco M., Bassani P., Ramous E. Analysis of secondary phases precipitation in duplex stainless steels [Electronic resource]. Italy, 2006. URL: https://pdfs.semanticscholar.org/2c2d/a8174227d617220ea33fdb96db56154b5979.pdf (дата обращения 19.04.2020).

8. Sousa R.O., Lacerda P., Ferreira PJ., Ribeiro L.M.M. On the precipitation of sigma and chi phases in a cast super duplex stainless steel // Metallurgical and Materials Transactions A. 2019.Vol. 50. No. 10. P. 4758 - 4778.

9. Speidel M.O. Nitrogen containing austenitic stainless steels // Mate-rialwissenschaft und Werkstofftechnik: Entwicklung, Fertigung, Prufung, Eigenschaften und Anwendungentechnischer Werkstoffe. 2006. Vol. 37. No. 10. P. 875 - 880.

10. Ramirez A.J., Lippold J.C., Brandi S.D. The relationship between chromium nitride and secondary austenite precipitation in duplex stainless steels // Metallurgical and Materials Transactions A. 2003. Vol. 34. No. 8. P. 1575 - 1597.

11. Żuk M., Czupryński A., Czarnecki D., Poloczek T. The effect of niobium and titanium in base metal and filler metal on intergranular corrosion of stainless steels // Welding Technology Review. 2019. Vol. 91. No. 6. P. 30 - 38.

12. Bale C.W., Belisle E., Chartrand P. etc. FactSage Thermochemical Software and Databases, 2010 - 2016 // CALPHAD - Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. 2016. Vol. 54. P. 35 - 53.

13. Kazakov A., Kiselev D. Industrial application of thixomet // Metallography, Microstructure, and Analysis. 2016. Vol. 5. P. 294 - 30.

14. Byrne G., Fajimi A., Francis R., Warburton G. Meaningful tests for the quality of Superduplex Stainless Steels (SDSS) // CORROSION 2018, 15 - 19 April, Phoenix, Arizona, USA. NACE International, 2018.

15. Guo Y, Hu J., Li J. etc. Effect of annealing temperature on the mechanical and corrosion behavior of a newly developed novel lean duplex stainless steel // Materials. 2014. Vol. 7. No. 9. P. 6604 - 6619.

16. Mori G., Bauernfeind D. Pitting and crevice corrosion of superaustenitic stainless steels // Materials and Corrosion. 2004. Vol. 55. No. 3. P. 164 - 173.

17. Fargas G., Anglada M., Mateo A. Effect of the annealing temperature on the mechanical properties, formability and corrosion resistance of hot-rolled duplex stainless steel // Journal of Materials Processing Technology. 2009. Vol. 209. No. 4. P. 1770 - 1782.

18. Keichel J., Foct J., Gottstein G. Deformation and annealing behavior of nitrogen alloyed duplex stainless steels. Part I: Rolling // ISIJ international. 2003. Vol. 43. No. 11. P. 1781 - 1787.

19. De Lacerda J.C., Candido L.C., Godefroid L.B. Corrosion behavior of UNS S31803 steel with changes in the volume fraction of ferrite and the presence of chromium nitride // Materials Science and Engineering: A. 2015. Vol. 648. P. 428 - 435.

20. Alvarez-Armas I. Duplex stainless steels: brief history and some recent alloys // Recent Patentson Mechanical Engineering. 2008. Vol. 1. No. 1.2008. P. 51 - 57.