Frontier Materials & Technologies. 2015; : 100-107
МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АЗОТИСТОЙ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ 04Х20Н6Г11М2АФБ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ РАСТЯЖЕНИИ В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР ОТ −70 ДО +140 ºС
https://doi.org/10.18323/2073-5073-2015-4-100-107Аннотация
Введением значительных концентраций азота в аустенитные стали различных систем легирования достигаются высокие показатели прочности, пластичности, коррозионной стойкости, трибологических свойств. При эксплуатации в условиях низких температур металлических изделий и конструкций существенно возрастает опасность их хрупкого разрушения при различных видах объемного и контактного нагружения. Однако до настоящего времени комплексному изучению механических характеристик (в том числе пластичности, вязкости, трещиностойкости) азотистых сталей при отрицательных температурах испытаний не уделялось столь пристального внимания, как при изучении механических свойств при комнатной температуре.
В настоящей работе проведен комплекс исследований по определению механических свойств и изучению фрактографических особенностей разрушения и эволюции структуры при испытаниях на растяжение при температурах испытаний −70…+140 °С коррозионностойкой азотсодержащей стали 04Х20Н6Г11М2АФБ (0,47 масс. % N) с аустенитной структурой. Обнаружен новый эффект более интенсивного роста прочностных характеристик стали 04Х20Н6Г11М2АФБ в условиях испытаний на статическое растяжение при понижении температуры испытания в интервале от +50 до −70 °С по сравнению с упрочнением при снижении температуры испытания в диапазоне более высоких температур (от +140 до +50 °С) при одновременном некотором росте значений характеристик пластичности в условиях испытаний на растяжение при температурах ниже +20 °С по сравнению с испытаниями при более высоких температурах.
Установлено сохранение преимущественно вязкого характера разрушения стали 04Х20Н6Г11М2АФБ при понижении температуры испытаний на растяжение вплоть до −70 °С, что соответствует нижней границе интервала отрицательных климатических температур.
Список литературы
1. Блинов В.М., Банных О.А., Пойменов И.Л., Рашев Ц.В., Андреев Ч.А., Саръиванов Л.А. Износостойкость высокоазотистых немагнитных xромомарганцевыx сталей // Металлы. 1982. № 6. С. 142–145.
2. Коршунов Л.Г., Гойхенберг Ю.Н., Терещенко Н.А., Уваров А.И., Макаров А.В., Черненко Н.Л. Износостойкость и структура поверхностного слоя азотсодержащих нержавеющих аустенитных сталей при трении и абразивном воздействии // Физика металлов и металловедение. 1997. Т. 84. № 5. С. 137–149.
3. Gavriljuk V.G., Berns H. High nitrogen steel: structure, properties, manufacture, applications. Berlin: Springer, 1999. 378 p.
4. Костина М.В., Банных О.А., Блинов В.М. Особенности сталей, легированных азотом // Металловедение и термическая обработка металлов. 2000. № 12. С. 3–6.
5. Банных О.А. Экономичные нержавеющие азотистые стали как перспективный заменитель легких сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. № 7. С. 9–13.
6. Березовская В.В., Банных О.А., Костина М.В., Блинов Е.В., Шестаков А.И., Саврай Р.А. Влияние термической обработки на структуру и свойства высокоазотистой аустенитной коррозионно-стойкой стали 03Х20АГ11Н7М2 // Металлы. 2010. № 2. С. 34–43.
7. Березовская В.В., Саврай Р.А., Меркушкин Е.А., Макаров А.В. Исследование структуры, механических и коррозионных свойств новых высокоазотистых Cr-Mn-сталей с молибденом // Металлы. 2012. № 3. С. 31–39.
8. Горкунов Э.С., Макаров А.В., Задворкин С.М., Осинцева А.Л., Митропольская С.Ю., Буров С.В., Саврай Р.А., Роговая С.А., Рашев Ц., Жекова Л. Электромагнитный контроль фазового состава, твердости и износостойкости высокоазотистых нержавеющих сталей // Дефектоскопия. 2012. № 12. С. 19–30.
9. Горынин И.В., Рыбин В.В., Малышевский В.А., Калинин Г.Ю., Мушникова С.Ю., Малахов Н.В., Ямпольский В.Д. Создание перспективных принципиально новых коррозионностойких корпусных сталей, легированных азотом // Вопросы материаловедения. 2005. № 2. С. 40–54.
10. Банных О.А., Блинов В.М., Костина М.В. Исследования эволюции структуры азотистой коррозионно-стойкой аустенитной стали 06Х21АГ10Н7МФБ при термодеформационном и термическом воздействии // Вопросы материаловедения. 2006. № 1. С. 9–19.
11. Калинин Г.Ю., Мушникова С.Ю., Нестерова Е.В., Фомина О.В., Харьков А.А. Исследования структуры и свойств высокопрочной коррозионно-стойкой азотистой стали 04Х20Н6Г11М2АФБ // Вопросы материаловедения. 2006. № 1. С. 45–53.
12. Сагарадзе В.В., Уваров А.И., Печеркина Н.Л., Малышевский В.А., Калинин Г.Ю., Ямпольский В.Д. Структура и механические свойства толстолистовой азотсодержащей аустенитной стали 04Х20Н6Г11АМ2БФ // Физика металлов и металловедение. 2006. Т. 102. № 2. С. 250–256.
13. Горынин И.В, Малышевский А.В., Калинин Г.Ю., Мушникова С.Ю., Банных О.А., Блинов В.М., Костина М.В. Коррозионно-стойкие высокопрочные азотистые стали // Вопросы материаловедения. 2009. № 3. С. 7–16.
14. Малышевский В.А., Калинин Г.Ю., Харьков А.А. Создание высокопрочных корпусных сталей – от первых экспериментов до наших дней // Вопросы материаловедения. 2011. № 1. С. 17–27.
15. Сагарадзе В.В., Печеркина Н.Л., Завалишин В.А., Филиппов Ю.И., Мушникова С.Ю., Калинин Г.Ю. Влияние скорости охлаждения в интервале 1100–800°С на механические свойства и структуру азотсодержащей аустенитной стали // Вопросы материаловедения. 2011. № 3. С. 5–12.
16. Мушникова С.Ю., Сагарадзе В.В., Филиппов Ю.И., Катаева Н.В., Завалишин В.А., Малышевский В.А., Калинин Г.Ю., Костин С.К. Сравнительный анализ коррозионного растрескивания аустенитных сталей с разным содержанием азота в хлоридных и водородсодержащих средах // Физика металлов и металловедение. 2015. Т. 116. № 6. С. 663–672.
17. Сагарадзе В.В., Катаева Н.В., Мушникова С.Ю., Харьков О.А., Калинин Г.Ю., Ямпольский В.Д. Структурные изменения при разных способах плакирования корпусного материала азотистой нержавеющей сталью // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115. № 2. С. 215–224.
18. Gavriljuk V.G., Sozinov A.L., Foct J., Petrov Ju.N., Polushkin Yu.A. Effect of nitrogen on the temperature dependence of the yield strength of austenitic steels // Acta Materialia. 1998. Vol. 46. № 4. P. 1157–1163.
19. Терещенко Н.А., Шабашов В.А., Уваров А.И. Особенности низкотемпературных фазовых превращений в азотсодержащих сталях на Cr-Mn основе // Физика металлов и металловедение. 2010. Т. 109. № 5. С. 464–473.
20. Горкунов Э.С., Путилова Е.А., Задворкин С.М., Макаров А.В., Печеркина Н.Л., Калинин Г.Ю., Мушникова С.Ю., Фомина О.В. Особенности поведения магнитных характеристик перспективных азотсодержащих сталей при упругопластической деформации // Физика металлов и металловедение. 2015. Т. 116. № 8. С. 884–896.
21. Линдеров М., Зегель К., Виноградов А., Вайднер А., Бирман Х. Особенности деформации ТРИП/ТВИП сталей при различных температурах по данным акустической эмиссии // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2013. № 3. С. 208–212.
22. Pierce D.T., Jiménez J.A., Bentley J., Raabe D., Wittig J.E. The influence of stacking fault energy on the microstructural and strain-hardening evolution of Fe–Mn–Al–Si steels during tensile deformation // Acta Materialia. 2015. Vol. 100. P. 178–190.
23. Mosecker L., Pierce D.T., Schwedt A., Beighmohamadi M., Mayer J., Bleck W., Wittig J.E. Temperature effect on deformation mechanisms and mechanical properties of a high manganese C+N alloyed austenitic stainless steel // Materials Science and Engineering A. 2015. Vol. 642. P. 71–83.
24. Фрактография и атлас фрактограмм / под ред. Дж. Феллоуза. М.: Металлургия, 1982. 489 с.
Frontier Materials & Technologies. 2015; : 100-107
MECHANICAL BEHAVIOR OF 04H20N6G11M2AFB NITROGEN AUSTENIC STEEL DURING STATIC TENSION WITHIN THE TEMPERATURE INTERVAL FROM −70 TO +140 ºС
https://doi.org/10.18323/2073-5073-2015-4-100-107Abstract
The introduction of strong concentrations of nitrogen into the austenic steels of various alloying systems allows achievement of high performance of strength, plasticity, rust-resistance and tribological properties. The use of metal goods and structures under the low temperatures conditions increases the risk of their brittle fracture during various types of volume and contact loading. However, until the present, the mechanical properties (including plasticity, viscosity, crack resistance) of nitrogen steels under the low temperature tests were studied not as carefully as they were studied at room temperature. The paper presents the set of studies on the determination of mechanical properties and the fractographic investigation of special features of the structure destruction and evolution during the tension tests of 04H20N6G11M2AFB rust-resisting nitrogen steel with austenic structure under the temperature from −70 to +140 °С. The authors disclosed a new phenomenon of more intensive growth of strength characteristics of 04H20N6G11M2AFB steel under the static tension tests conditions while lowering test temperature in the interval from +50 to −70 °С in comparison with the strengthening while lowering test temperature within the range of higher temperatures (from +140 to +50 °С) at some simultaneous increase of values of plasticity characteristics under the tension test conditions at the temperature lower than +20 °С compared with tests at higher temperatures. The authors determined the retention of ductile fracture behavior of 04H20N6G11M2AFB steel while lowering tension test temperature up to −70 °С that corresponds to the lower interval limit of the negative climatic temperatures.
References
1. Blinov V.M., Bannykh O.A., Poimenov I.L., Rashev Ts.V., Andreev Ch.A., Sar\"ivanov L.A. Iznosostoikost' vysokoazotistykh nemagnitnykh xromomargantsevyx stalei // Metally. 1982. № 6. S. 142–145.
2. Korshunov L.G., Goikhenberg Yu.N., Tereshchenko N.A., Uvarov A.I., Makarov A.V., Chernenko N.L. Iznosostoikost' i struktura poverkhnostnogo sloya azotsoderzhashchikh nerzhaveyushchikh austenitnykh stalei pri trenii i abrazivnom vozdeistvii // Fizika metallov i metallovedenie. 1997. T. 84. № 5. S. 137–149.
3. Gavriljuk V.G., Berns H. High nitrogen steel: structure, properties, manufacture, applications. Berlin: Springer, 1999. 378 p.
4. Kostina M.V., Bannykh O.A., Blinov V.M. Osobennosti stalei, legirovannykh azotom // Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2000. № 12. S. 3–6.
5. Bannykh O.A. Ekonomichnye nerzhaveyushchie azotistye stali kak perspektivnyi zamenitel' legkikh splavov // Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2005. № 7. S. 9–13.
6. Berezovskaya V.V., Bannykh O.A., Kostina M.V., Blinov E.V., Shestakov A.I., Savrai R.A. Vliyanie termicheskoi obrabotki na strukturu i svoistva vysokoazotistoi austenitnoi korrozionno-stoikoi stali 03Kh20AG11N7M2 // Metally. 2010. № 2. S. 34–43.
7. Berezovskaya V.V., Savrai R.A., Merkushkin E.A., Makarov A.V. Issledovanie struktury, mekhanicheskikh i korrozionnykh svoistv novykh vysokoazotistykh Cr-Mn-stalei s molibdenom // Metally. 2012. № 3. S. 31–39.
8. Gorkunov E.S., Makarov A.V., Zadvorkin S.M., Osintseva A.L., Mitropol'skaya S.Yu., Burov S.V., Savrai R.A., Rogovaya S.A., Rashev Ts., Zhekova L. Elektromagnitnyi kontrol' fazovogo sostava, tverdosti i iznosostoikosti vysokoazotistykh nerzhaveyushchikh stalei // Defektoskopiya. 2012. № 12. S. 19–30.
9. Gorynin I.V., Rybin V.V., Malyshevskii V.A., Kalinin G.Yu., Mushnikova S.Yu., Malakhov N.V., Yampol'skii V.D. Sozdanie perspektivnykh printsipial'no novykh korrozionnostoikikh korpusnykh stalei, legirovannykh azotom // Voprosy materialovedeniya. 2005. № 2. S. 40–54.
10. Bannykh O.A., Blinov V.M., Kostina M.V. Issledovaniya evolyutsii struktury azotistoi korrozionno-stoikoi austenitnoi stali 06Kh21AG10N7MFB pri termodeformatsionnom i termicheskom vozdeistvii // Voprosy materialovedeniya. 2006. № 1. S. 9–19.
11. Kalinin G.Yu., Mushnikova S.Yu., Nesterova E.V., Fomina O.V., Khar'kov A.A. Issledovaniya struktury i svoistv vysokoprochnoi korrozionno-stoikoi azotistoi stali 04Kh20N6G11M2AFB // Voprosy materialovedeniya. 2006. № 1. S. 45–53.
12. Sagaradze V.V., Uvarov A.I., Pecherkina N.L., Malyshevskii V.A., Kalinin G.Yu., Yampol'skii V.D. Struktura i mekhanicheskie svoistva tolstolistovoi azotsoderzhashchei austenitnoi stali 04Kh20N6G11AM2BF // Fizika metallov i metallovedenie. 2006. T. 102. № 2. S. 250–256.
13. Gorynin I.V, Malyshevskii A.V., Kalinin G.Yu., Mushnikova S.Yu., Bannykh O.A., Blinov V.M., Kostina M.V. Korrozionno-stoikie vysokoprochnye azotistye stali // Voprosy materialovedeniya. 2009. № 3. S. 7–16.
14. Malyshevskii V.A., Kalinin G.Yu., Khar'kov A.A. Sozdanie vysokoprochnykh korpusnykh stalei – ot pervykh eksperimentov do nashikh dnei // Voprosy materialovedeniya. 2011. № 1. S. 17–27.
15. Sagaradze V.V., Pecherkina N.L., Zavalishin V.A., Filippov Yu.I., Mushnikova S.Yu., Kalinin G.Yu. Vliyanie skorosti okhlazhdeniya v intervale 1100–800°S na mekhanicheskie svoistva i strukturu azotsoderzhashchei austenitnoi stali // Voprosy materialovedeniya. 2011. № 3. S. 5–12.
16. Mushnikova S.Yu., Sagaradze V.V., Filippov Yu.I., Kataeva N.V., Zavalishin V.A., Malyshevskii V.A., Kalinin G.Yu., Kostin S.K. Sravnitel'nyi analiz korrozionnogo rastreskivaniya austenitnykh stalei s raznym soderzhaniem azota v khloridnykh i vodorodsoderzhashchikh sredakh // Fizika metallov i metallovedenie. 2015. T. 116. № 6. S. 663–672.
17. Sagaradze V.V., Kataeva N.V., Mushnikova S.Yu., Khar'kov O.A., Kalinin G.Yu., Yampol'skii V.D. Strukturnye izmeneniya pri raznykh sposobakh plakirovaniya korpusnogo materiala azotistoi nerzhaveyushchei stal'yu // Fizika metallov i metallovedenie. 2014. T. 115. № 2. S. 215–224.
18. Gavriljuk V.G., Sozinov A.L., Foct J., Petrov Ju.N., Polushkin Yu.A. Effect of nitrogen on the temperature dependence of the yield strength of austenitic steels // Acta Materialia. 1998. Vol. 46. № 4. P. 1157–1163.
19. Tereshchenko N.A., Shabashov V.A., Uvarov A.I. Osobennosti nizkotemperaturnykh fazovykh prevrashchenii v azotsoderzhashchikh stalyakh na Cr-Mn osnove // Fizika metallov i metallovedenie. 2010. T. 109. № 5. S. 464–473.
20. Gorkunov E.S., Putilova E.A., Zadvorkin S.M., Makarov A.V., Pecherkina N.L., Kalinin G.Yu., Mushnikova S.Yu., Fomina O.V. Osobennosti povedeniya magnitnykh kharakteristik perspektivnykh azotsoderzhashchikh stalei pri uprugoplasticheskoi deformatsii // Fizika metallov i metallovedenie. 2015. T. 116. № 8. S. 884–896.
21. Linderov M., Zegel' K., Vinogradov A., Vaidner A., Birman Kh. Osobennosti deformatsii TRIP/TVIP stalei pri razlichnykh temperaturakh po dannym akusticheskoi emissii // Vektor nauki Tol'yattinskogo gosudarstvennogo universiteta. 2013. № 3. S. 208–212.
22. Pierce D.T., Jiménez J.A., Bentley J., Raabe D., Wittig J.E. The influence of stacking fault energy on the microstructural and strain-hardening evolution of Fe–Mn–Al–Si steels during tensile deformation // Acta Materialia. 2015. Vol. 100. P. 178–190.
23. Mosecker L., Pierce D.T., Schwedt A., Beighmohamadi M., Mayer J., Bleck W., Wittig J.E. Temperature effect on deformation mechanisms and mechanical properties of a high manganese C+N alloyed austenitic stainless steel // Materials Science and Engineering A. 2015. Vol. 642. P. 71–83.
24. Fraktografiya i atlas fraktogramm / pod red. Dzh. Fellouza. M.: Metallurgiya, 1982. 489 s.
