Исследование физико-химических характеристик расплавов коррозионностойких сталей, легированных азотом

Методом крутильных колебаний тигля с металлом в обеспечивающей стабильное содержание азота в металле по ходу э римента атмосфере (80 % азота и 20 % гелия) исследованы физико-химические характеристики расплава легированной азотом стали марки 04Х20Н6Г11М2АФБ (марочное содержание азота 0,47 – 0,49 %). Используя чувствительность метода к агрегатному состоянию исследуемого вещества, при скорости нагрева 0,0033 – 0,0050 К/с экспериментально определены температуры ликвидуса стали марки 04Х20Н6Г11М2АФБ (1660 – 1666 К) и низкоазотистой стали ([N] = 0,063 %) с идентичным содержанием других элементов (1685 – 1690 К). Это позволило рекомендовать для расчетной оценки влияния азота на температуру ликвидуса сложно- и высоколегированных сталей значение коэффициента –60 К/% [N]. Вязкость расплава стали марки 04Х20Н6Г11М2АФБ ((11,5 ± 0,7)·10^–7 м²/с) относительно высокая по сравнению с традиционными аустенитными сталями ((8,2 ± 0,2)·10^–7 м²/с) при относительно небольшом парциальном влиянии азота. Методами высокотемпературной вискозиметрии установлена значительная неравновесность структурного состояния расплава стали марки 04Х20Н6Г11М2АФБ. Сравнительный анализ политерм и изотерм кинематической вязкости расплава стали 04Х20Н6Г11М2АФБ и ее низкоазотистого ([N] = 0,063 %) аналога позволил сделать вывод о том, что определяющую роль в уровне неравновесности расплава и низкой скорости ее релаксации играет присутствие азота при концентрациях, близких к насыщению. Это нашло подтверждение в результате специально поставленных экспериментов по насыщению азотом низкоазотистой стали, в ходе которых зафиксировано резкое возрастание неравновесности структурного состояния расплава с достижением концентрации азота в металле предельных значений (0,45 – 0,50 %). Отмечена принципиальная возможность повышения и стабилизации эксплуатационных свойств коррозионностойких сталей, легированных азотом, за счет снижения неравновесности структурного состояния расплава путем исключения превышения предельных для рассматриваемого химического состава значений концентраций азота.

коррозионностойкая сталь, легирование азотом, температура ликвидуса, расплав, кинематическая вязкость, структурное с стояние, неравновесность

1. Швидковский Е.Г. Некоторые вопросы вязкости расплавленных металлов. − М.: Гостехиздат, 1955. − 206 с.

2. Исследование вязкости жидких расплавов / Э.Э. Шпильрайн, В.А. Фомин, С.Н. Сковородько и др. − М.: Наука, 1983. − 244 с.

3. Горбач В.Д., Кузьмин С.А., Стецуковский Е.В. Исследование возможности применения новой высокоазотистой стали для производства литых заготовок // Литейное производство. 2009. № 6. С. 23 – 28.

4. Roeser Wm.F., Wensel H.T. Freezing temperatures of high-purity iron and some steels // Journal of Research of the National Bureau of Standards. 1941. Vol. 26. P. 273 – 287.

5. Лифшиц А.Г., Еднерал Ф.П. Влияние некоторых легирующих элементов на температуру начала затвердевания стали // Изв. вуз. Черная металлургия. 1965. № 9. С. 74 – 79.

6. Basic Open Hearth Steelmaking. – New York: The American Institute of Mining and Metallurgical Engineers, 1951. – 708 p.

7. Смирнов А.Н., Неделькович Л., Джурджевич М., Чернобаева Т.В., Оданович З. Расчет температуры ликвидус стали // Сталь. 1996. № 3. С. 15 − 19.

8. Howe A.A. Estimation of liquidus temperatures for steels // Iron and Steelmaking. 1988. Vol. 16. No. 3. P. 134 − 142.

9. Казачков Е.А., Макуров С.Л. Экспериментальное исследование теплофизических свойств сталей в жидком, двухфазном и твердом состоянии. – В кн.: Исследование процессов с участием окисных и металлических расплавов. Сб. науч. тр. МИСиС. Вып. 148. – М.: Металлургия, 1983. С. 120 − 127.

10. Xin Wang, Xianyong Wang, Bao Wang, Bin Wang, Qing Liu. differential calculation model for liquidus temperature of steel // Steel Research Int. 2011. Vol. 82. No. 3. P. 164 − 168.

11. Kagawa A., Okamoto T. Influence of alloying elements on temperature and composition for peritectic reaction in plain carbon steel // Material Science and Technology. 1986. Vol. 2. No. 10. P. 997 − 1008.

12. Andrews K.W. Solidification ranges of steel // A Note Submitted to the Alloy Phase Diagram date Committee of the Metals Society. 1981. P. 1 − 8.

13. Климов С.В. Влияние азота на понижение температуры начала кристаллизации легированных расплавов. – В кн.: Производство и свойства стали и сплавов. Сб. тр. ЦНИИЧМ. Вып. 63. – M.: Металлургия, 1968. С. 28 − 31.

14. Смирнов Л.А., Горбачев И.И., Попов В.В. и др. Исследование растворимости азота в аустенитных сталях при выплавке и последующей кристаллизации с помощью Calphad-метода // Вопросы материаловедения. 2018. № 4 (96). С. 53 − 67.

15. Doolittle A.K. Studies in Newtonian flow. II. The dependence of the viscosity of liquids on free space // Journal of Applied Physics. 1951. Vol. 22. No. 12. P. 1471 – 1475.

16. Bian X., Sun M., Xue X., Qin X. Medium-range order and viscosity of molten Cu – 23 % Sn alloy // Materials Letters. 2003. Vol. 57. No. 13 – 14. P. 2001 – 2006.

17. Cheng S.-J., Biana X.-F., Zhanga J.-X. etc. Correlation of viscosity and structural changes of indium melt // Materials Letters. 2003. Vol. 57. No. 26 – 27. P. 4191 – 4195.

18. Xiaolin Z., Xiufang B., Changchun W., Yunfang L. The evolution of coordination structure in liquid GaSn alloy // Chinese Journal of Physics. 2018. Vol. 56. No. 6. P. 2684 – 2688.

19. Бурмасов С.П., Гудов А.Г., Дегай А.С. и др. Закономерности формирования расплавов на основе железа и металлургические резервы улучшения эксплуатационных свойств сталей // Сталь. 2010. № 8. С. 42 − 46.

20. Зуев М.В., Бурмасов С.П., Степанов А.И. и др. Совершенствование технологии современного сталеплавильного производства на основе закономерностей формирования металлических расплавов // Сталь. 2013. № 2. С. 27 − 29.