Взаимосвязь состава и структуры аустенитных азотсодержащих сталей с коррозионными и механическими свойствами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат наук Меркушкин, Евгений Анатольевич

• Меркушкин, Евгений Анатольевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Меркушкин, Евгений Анатольевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Система легирования аустенитных коррозионностойких сталей (АКСС)

1.2. Промышленные АКСС и их назначение

1.3. Высокоазотистые аустенитные стали (ВАС)

1.3.1. Новый класс АКСС

1.3.2. Достоинства и недостатки ВАС

1.4. Характеристика ВАС

1.4.1. Краткая история создания

1.4.2. Химический и фазовый состав

1.4.3. Структура

1.4.4. Механические свойства

1.4.5. Взаимосвязь механических свойств и химического состава

1.4.6. Коррозионные свойства

1.5. Применение и перспективы использования ВАС

1.6. Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Химический состав исследованных сталей

2.2. Методика испытаний и исследований

2.2.1. Равноканальное угловое прессование (РКУП)

2.2.2. Электрохимические исследования

2.2.3. Механические испытания

2.2.4. Металлографический анализ

2.2.5. Растровая электронная микроскопия и МРСА

2.2.6. Просвечивающая электронная микроскопия

2.2.7. Рентгеноструктурный анализ

2.2.8. Магнитные исследования

2.2.9. EBSD - анализ

ГЛАВА 3. ПИТТИНШСГОЙКОСТЬ АКСС

3.1. Сравнительная характеристика ПК сталей

3.2. Влияние химического состава на ПК АКСС (0,035-0,169% К)

3.3. Влияние химического состава на ПК АКСС (0,035-0,820% К)

3.4. Регрессионный анализ

3.5. Влияние С+К и С/К на питтингостойкость АКСС

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3

ГЛАВА 4. ПИТТИНГОВАЯ КОРРОЗИЯ АКСС С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ АЗОТА (ВАС)

4.1. Влияние ТО на питтингостойкость стали 06Х18АГ19М2

4.2. Металлография питтинговой коррозии

4.3. Влияние ТО на микроструктуру стали 06Х18АГ19М2

4.4. Формирование структуры стали 06Х18АГ19М2 при ТО

4.5. Фазовые превращения в стали 06Х18АГ19М2

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4

ГЛАВА 5. ПК И СТРУКТУРА ВАС ПОСЛЕ МЕГАПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ (МПД)

5.1. Влияние РКУП на питтингостойкость стали 06Х18АГ19М2

5.2. Металлография РКУП

5.3. Структура стали 06Х18АГ19М2 после РКУП

5.4. Дефекты кристаллического строения аустенита

5.5. Результаты ЕББЭ исследований

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5

ГЛАВА 6. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ФРАКТОГРАФИЯ ВАС ПОСЛЕ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ

6.1. Механические свойства при растяжении

6.2. Фрактографические исследования после испытаний на растяжение140

6.3. Влияние коррозионной среды на механические свойства стали

6.4. Фрактографические исследования после испытаний на изгиб

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ. Акт внедрения результатов исследования

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Взаимосвязь состава и структуры аустенитных азотсодержащих сталей с коррозионными и механическими свойствами»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Развитие техники предъявляет к нержавеющим сталям разного применения требования повышенной прочности и экономичности. Аустенитные коррозионностойкие стали (АКСС) с высоким содержанием азота и полной заменой никеля марганцем, отвечают этим требованиям, так как имеют следующие преимущества перед остальными нержавеющими сталями [1, 2]: высокая прочность на разрыв, хорошая пластичность, повышенная устойчивость к мартенситным превращениям, высокий коэффициент упрочнения, высокая стойкость к точечной и щелевой коррозии, низкий уровень магнетизма или его отсутствие.

Одним из примеров применения высокоазотистых аустенитных сталей (ВАС) типа Р900 в настоящее время является производство бандажных колец турбогенераторов высокой мощности с водяным охлаждением, к которым, помимо коррозионной стойкости, предъявляются требования высокого предела текучести а0,2=1450 МПа, а также сопротивления коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН). Выполнение этих требований может быть достигнуто путем использования механизмов твердорастворного, зернограничного, дисперсионного и деформационного упрочнения при соответствующем регулировании состава, правильного выбора термопластической обработки ВАС и контроля коррозионных свойств.

Как известно, одной из проблем использования АКСС является их склонность к питтинговой коррозии (ПК) в хлоридсодержащих водных растворах. В последнее время показано, что азот повышает сопротивление АКСС этому виду локальной коррозии, однако о влиянии других легирующих элементов, присутствующих в сталях аустенитного класса, пока нет четкого представления.

В работах многих исследователей сопротивление ПК оценивается путем использования эквивалента PREN (Pitting Resistance Equivalent for steels with N), который рассчитывается по химическому составу стали и является безразмерной величиной, не имеющей физического смысла. Однако на сегодняшний день нет

единого мнения авторов о величине коэффициента перед содержанием азота в выражении для PREN, так как уравнение видоизменяется, включаются в число значимых новые легирующие элементы, предлагаются другие показатели. Среди них MARC (Measure of Alloying for Resistance to Corrosion), который также не имеет физического смысла, но показывает, в отличие от PREN, положительное влияние углерода и отрицательное влияние никеля и марганца на ПК сталей. Вопросы использования тех или иных коэффициентов в уравнении для PREN, а также роль разных химических элементов в питтингостойкости АКСС в последнее время изучаются многими исследователями. Исследование же влияния химического состава на граничный потенциал питтингообразования (Еь) с целью получения на этой основе аналитической зависимости в литературе до настоящего времени не рассматривалось. А систематическое исследование влияния структурного состояния азотистых сталей в результате использования различных видов упрочняющей обработки, термической и в комбинации с деформационной обработкой, позволяющей максимально использовать различные механизмы упрочнения стали, на Еь, механические свойства и КРН вообще не проводилось. С учетом этого данная диссертационная работа является актуальной и полезной для практики использования азотистых сталей.

Степень разработанности темы исследования. Проведенные ранее исследования аустенитных азотистых Cr-N- [3], Cr-Mn-N- [4] и Cr-Mn-Ni-N-сталей [5, 6] показали, что в закаленном состоянии стали первой группы с 1% N более прочны, но менее пластичны (а0,2 = 1050 МПа, 5 = 12%) и подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением по сравнению со сталями второй с 0,8%N (а0,2 = 600 МПа, у = 75%) и третьей с 0,4%N (а0,2= 600 МПа, у =70%) групп, что связано с разным содержанием азота и стабильностью у-твердого раствора. Установлено существенное снижение сопротивления общей коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением высокоазотистых аустенитных Cr-N- и Cr-Ni-N-сталей в результате распада пересыщенного у-твердого раствора на начальных стадиях старения и образования мартенсита

напряжений [4]. За счет повышения стабильности аустенита к у^а-мартенситному превращению (Мн<0°С) в Сг-Мд-Ы- и Сг-Мд-М-Ы-сталях существенно повышаются коррозионные свойства [7]. Старение при 500°С вызывает дополнительное повышение прочности (а02 на 80 МПа) сталей при сохранении высокой вязкости, а в случае Сг-Мд-Ы-сталей [6] при ее повышении, без ухудшения стойкости к общей коррозии [5]. Однако, в этом структурном состоянии по сравнению с закаленным в Сг-Мд-М-Ы-сталях наблюдается более низкое сопротивление коррозионному растрескиванию под напряжением. Путем использования комбинированной упрочняющей обработки, включающей старение с последующей холодной пластической деформацией, был выявлен значительный резерв повышения коррозионной стойкости и сопротивления коррозионному растрескиванию под напряжением Сг-Ы- и Сг-М-Ы-сталей [8, 9]. Образующаяся в этом случае структура сталей состояла в основном из аустенита с высокой плотностью дислокаций и гомогенно зародившихся в матрице наноразмерных нитридов СгЫ.

Полученные результаты показали, что наиболее высокий комплекс механических и коррозионных свойств достигается в Сг-Мд-Ы-сталях, однако не были систематически изучены структурные превращения, протекающие в них в результате упрочняющих обработок, в том числе включающих равноканальное угловое прессование, не установлена взаимосвязь формирующейся структуры с физико-механическими свойствами и питтинговой коррозией сталей. Кроме того, представляло интерес установить влияние химического состава аустенитных азотистых сталей на питтингостойкость, что важно для практики использования аустенитных сталей.

Целью работы было исследование взаимосвязи химического состава и структуры со свойствами азотсодержащих сталей и оптимизация состава и режимов комбинированной упрочняющей обработки, позволяющих получить комплекс высоких физико-механических и коррозионных свойств.

Задачи исследования:

1. Электрохимические исследования промышленных аустенитных коррозионностойких сталей разного химического состава с азотом (0,035-0,82 %1) для определения параметров питтинговой коррозии и установления характера влияния на них легирующих элементов.

2. Множественный регрессионный анализ результатов электрохимических исследований с целью получения математической зависимости параметров питтинговй коррозии от химического состава аустенитных коррозионностойких сталей с целью прогнозирования их питтингостойкости.

3. Комплексное исследование структуры на примере высокоазотистой аустенитной стали 06Х18АГ19М2, формирующейся в процессе упрочняющей термической обработки, и сопоставление полученных результатов с равновесной фазовой диаграммой.

4. Исследование особенностей мегапластической деформации (МПД) и формирования наноструктуры в стали 06Х18АГ19М2 при равноканальном угловом прессовании (РКУП).

5. Установление взаимосвязи структурного состояния, полученного в процессе упрочняющей обработки, включающей термическую обработку и сочетание термической обработки и равноканального углового прессования, с питтингостойкостью и механическими свойствами высокоазотистой аустенитной стали 06Х18АГ19М2.

6. На основе проведенного комплексного исследования обоснование режимов оптимальной упрочняющей обработки высокоазотистой аустенитной стали 06Х18АГ19М2 для получения высоких физико-механических и коррозионных свойств.

Научная новизна и теоретическая ценность работы:

1. Впервые показано, что высокую степень влияния на питтингостойкость аустенитных коррозионностойких сталей оказывают атомы

1 Содержание легирующих элементов во всей работе приводится в % по массе.

внедрения. При суммарном содержании (С+Ы) выше и при их соотношении С/Ы ниже критического значения сопротивление питтинговой коррозии повышается.

2. Проведено систематическое исследование структуры стали 06Х18АГ19М2 в широком интервале температур, определены фазовые области и особенности фазовых превращений в стали при нагреве.

3. Установлено, что более высокими коррозионными свойствами сталь 06Х18АГ19М2 обладает в структурном состоянии аустенита и образовавшихся по гомогенному механизму зарождения нанодисперсных нитридов СгЫ. Наличие на границах зерен аустенита выделений легированного хромом нитрида молибдена, а-, х-фазы и/или неоднородности химического состава после их растворения приводит к понижению коррозионных свойств стали.

4. Показано, что при равноканальном угловом прессовании наноструктурирование стали 06Х18АГ19М2 происходит преимущественно за счет образования деформационных двойников наноразмерного масштаба без образования продуктов мартенситного превращения и других фаз.

Практическая значимость работы:

1. Предложен подход к оценке питтингостойкости и уравнение зависимости граничного потенциала (Еь) от химического состава аустенитных коррозионностойких сталей с азотом, позволяющие прогнозировать коррозионные свойства и оптимизировать состав сталей.

2. Получены высокие механические свойства стали 06Х18АГ19М2 при испытании на изгиб в закаленном и состаренном состояниях (аВ=2040 и 2130 МПа, а02=1030 МПа, 5=42%). В коррозионной среде наблюдается разупрочнение стали (ДаВ/аВ<15%), однако пластичность и механизм ямочного разрушения сохраняются, что дает основание считать исследованную сталь в изученных структурных состояниях не подверженной коррозионному растрескиванию под напряжением.

3. Оптимизированы режимы комплексной упрочняющей обработки высокоазотистой аустенитной стали 06Х18АГ19М2 путем закалки от 1100-

1150°С (1 ч) и старения при 500°С (2 ч). Разработаны практические рекомендации по использованию оптимального режима упрочняющей обработки стали 06Х18АГ19М2 (Р900№Мо), использующейся для бандажных колец ВКИА 711171-015 турбогенератора ТФ-80-2 УХЛ3 на предприятии ОАО «Уралэнергоремонт», в результате чего эксплуатационная стойкость изделий повысилась на 30%.

4. Установлено, что при увеличении степени деформации методом РКУП параметры питтинговой коррозии по сравнению с исходно закаленным состоянием снижаются, но остаются более высокими, чем у стали 09Х18Н10Т. Кроме того РКУП приводит к повышению прочности исследованной стали по сравнению с закаленным состоянием до ав=5220МПа, а02=4000 МПа при е=3,6 на воздухе и до ав=5970МПа, а02=3800 МПа при е=7,2 в коррозионной среде без склонности к коррозионному растрескиванию под напряжением.

5. Результаты работы использованы в учебно-методическом пособии «Питтинговая коррозия сталей» по курсу «Теория коррозии, коррозионностойкие материалы и покрытия» для студентов, обучающихся по направлению «Материаловедение и технологии материалов» ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина».

Методология и методы исследования. Научные труды ведущих ученых в области металловедения аустенитных сталей, теоретические основы термической обработки, механизмов деформационного упрочнения и распада пересыщенных твердых растворов, а также электрохимической коррозии послужили методологической основой данного исследования. При этом существенное внимание уделялось комплексному подходу в изучении особенностей структуры во взаимосвязи с питтинговой коррозией и коррозионно-механическим разрушением высокоазотистых аустенитных сталей после различных упрочняющих обработок.

Для решения поставленных задач в диссертационной работе использованы следующие методы: металлография, просвечивающая и растровая электронная микроскопия, микрорентгеноспектральный (МРСА), рентгеноструктурный и

ЕББЭ анализ и др., а также испытания механических свойств на одноосное растяжение и трехточечный изгиб и электрохимические исследования.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Результаты электрохимических исследований питтингостойкости аустенитных коррозионностойких сталей с азотом.

2. Закономерности формирования структуры высокоазотистой аустенитной стали 06Х18АГ19М2 в процессе термической обработки.

3. Взаимосвязь структурного состояния стали 06Х18АГ19М2 с питтинговой коррозией.

4. Особенности формирования наноструктуры при равноканальном угловом прессовании стали 06Х18АГ19М2.

5. Результаты исследования влияния коррозионной среды на механические свойства стали 06Х18АГ19М2.

6. Оптимизация режимов упрочняющей обработки стали 06Х18АГ19М2 для получения комплекса высоких физико-механических свойств.

Достоверность результатов исследования обеспечивается воспроизводимостью результатов опытов, согласованием их с литературными данными, применением комплекса современных методов исследования и использованием современных приборов анализа фазового состава, структуры и свойств.

Личный вклад автора. На каждом из этапов работы автор принимал непосредственное участие: осуществлял постановку задач, проводил исследования с применением комплекса современных методов исследования структуры и свойств металлических материалов с использованием современных приборов, анализировал и обобщал результаты исследований, участвовал в подготовке статей и докладов по результатам исследований.

Апробация диссертационной работы. Основные положения работы доложены на 17 международных конференциях: Уральская школа-семинар металловедов-молодых ученых (8-12 ноября 2010, 14-18 ноября 2011, 12-16 ноября 2012, 11-15 ноября 2013, 8-12 декабря 2014, 7-11 декабря 2015.

Екатеринбург); The 1-st International Conference On High Manganse Steels. Seoul, Korea. 15-17 May 2011; XXI-XXIII Уральские школы металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов» (06-10 февраля 2012. Магнитогорск; 2-6 февраля 2014. Оренбург; 31 января - 5 февраля 2016. Тольятти); Интерактивная научно-практическая конференция «Инновации в металловедении и металлургии» (2012, 2013, 2015); Всероссийская молодежная научная конференция с международным участием «Инновации в материаловедении» (2013, 2015); 54-ая Международная конференция «Актуальне проблемы прочности». 11-15 ноября 2013. Екатеринбург; «High Nitrogen Steels and Interstitial Alloys». 27-29 September 2012. Chennai, India; 12-th International Conference «High Nitrogen Steels 2014». 16-19 September 2014. Hamburg, Germany. XIX Медународная конференция «Физика прочности и пластичности материалов». 8-11 июня 2015. Самара; VIII Международная конференция "Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений" (MPFP-2016). 27 июня - 1 июля 2016. Тамбов; а также на 2-х региональных: XIV областной конкурс научно-исследовательских работ «Научный Олимп». 2011. Екатеринбург; «Создание высокоэффективных производств на предприятиях горно-металлургического комплекса». 3-4 сентября 2013. Верхняя Пышма.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов по главам, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 167 страниц, включая 74 рисунка, 14 таблиц и список литературы из 128 наименований.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 33 научных работах, в том числе в 4 статьях, опубликованных в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 6 статьях, опубликованных в научных журналах, входящих в базу данных WOS и SCOPUS.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Система легирования аустенитных коррозионностойких сталей

(АКСС)

КСС являются сплавами на основе железа с его содержанием в диапазоне от 50 до 88%, в зависимости от требуемого состава. Основными легирующими элементами КСС являются хром и углерод для ферритного и мартенситного классов и дополнительно никель для аустенитного и аустенитно-ферритного (дуплекс) классов. По существу все КСС содержат марганец и кремний, как специальную добавку. Другие легирующие элементы, такие как молибден, ниобий, титан, алюминий, медь, вольфрам, азот и другие, добавляются в сталь для повышения технологичности, улучшения специальных свойств, повышения коррозионной стойкости или получения определенного типа микроструктуры [10].

Как известно, АКСС применяют для изготовления деталей машин, оборудования и конструкций, работающих в различных агрессивных средах. Система легирования стали преследует цель достижения высокой коррозионной стойкости в определенной рабочей среде и заданного комплекса физико-механических свойств [11].

Хром добавляется в первую очередь для обеспечения коррозионной стойкости стали. Его добавка особенно эффективна в окислительных средах, таких как азотная кислота. При добавке хрома на поверхности стали образуется оксидная пленка (Бе,Сг)203. Присутствие хрома увеличивает стабильность оксида, так как хром имеет значительно большее сродство к кислороду, чем железо. Когда содержание хрома превышает значение 10,5%, сталь рассматривается как коррозионностойкая в атмосферных условиях. Более высокое содержание хрома требуется для стойкости стали к окислению в более агрессивных средах.

Так как хром является ферритообразующим элементом, Бе-Сг сплавы, содержащие более 12% хрома, имеют полностью ферритную структуру. Кроме

того, хром - сильный карбидообразователь. Наиболее часто встречающимся карбидом, обогащенным хромом, является М23С6, где «М» преимущественно хром, однако в нем также может быть некоторая доля железа и молибдена.

Хром входит также в состав интерметаллидов, многие из которых приводят к охрупчиванию КСС. Наиболее распространенным интерметаллидом является а-фаза, которая в системе Бе-Сг является соединением БеСг и образуется при температуре ниже 815°С. Сигма фаза может образовываться практически в любой стали, но наиболее распространена в аустенитных, ферритных и дуплекс-сталях с высоким содержанием хрома. Хром также присутствует в интерметаллидной %-фазе и фазе Лавеса.

Основной функцией никеля является сохранение аустенитной фазы в сталях аустенитного и аустенитно-ферритного классов. Путем добавки значительного количества никеля, область существования аустенитной фазы может быть существенно расширена, при этом аустенитная фаза будет стабильна при комнатной температуре и ниже. Никель не является сильным карбидообразователем и не провоцирует образование интерметаллидов, хотя доказано, что его присутствие в стали может влиять на кинетику выделений.

Марганец фактически присутствует во всех сталях. В АКСС его содержание в основном находится в диапазоне от 1 до 2%. Марганец добавляется в сталь для предотвращения красноломкости во время литья. В основном он рассматривается как аустенитообразующий элемент, хотя степень влияния на аустенитную структуру зависит от его содержания, а также количества никеля в сплаве.

Кроме того марганец добавляется в специальные сплавы для увеличения растворимости азота в аустенитной фазе. Например, добавление 15% марганца в сплав системы Бе-20Сг увеличивает растворимость азота примерно с 0,25 до 0,4%. Влияние марганца на механические свойства незначительно. Он способствует некоторому упрочнению твердого раствора, а также оказывает небольшое влияние на охрупчивание [10].

Следует отметить, что марганец может обеспечить аустенитную структуру стали только при содержании хрома до 15% (Рисунок 1.1.1), а при более высоком

его содержании низкоуглеродистые стали имеют двухфазную (а+у)- или трехфазную (а+у+а)-структуру. Поэтому при повышении содержания хрома для обеспечения необходимой коррозионной стойкости, требуется, наряду с марганцем, вводить другие аустенитообразующие элементы или только частично заменять никель марганцем [11].

Молибден добавляется в некоторые КСС и имеет различные функции в зависимости от конкретного класса стали. В ферритные, аустенитные и дуплекс-стали молибдена добавляют до 6% для того, чтобы повысить коррозионную стойкость, в частности, стойкость к питтинговой и щелевой коррозии. Молибден также повышает прочность АКСС при высоких температурах. Например, добавка 2% молибдена в обычную сталь 18Сг-8М приводит к увеличению предела прочности при 760°С на 40%. Существует и негативный эффект, так как добавка молибдена существенно затрудняет горячую пластическую деформацию стали. Кроме того, молибден - ферритообразующий элемент и его присутствие может вызвать образование и сохранение феррита в структуре стали.

Углерод присутствует во всех сталях, но обычно его содержание желательно поддерживать ниже 0,1%. Исключение составляют мартенситные стали, когда углерод необходим. Углерод провоцирует упрочнение аустенита путем образования твердого раствора внедрения при высоких температурах, которое наследуется мартенситом. В большинстве сталей углерод взаимодействует с другими элементами, образуя карбиды [10]. Углерод существенно расширяет область существования аустенита (Рисунок 1.1.2). Так, 0,6% С обеспечивает сохранение аустенита до 28% Сг в стали системы Fe-Сг-С.

Азот в Бе-Сг и Бе-Сг-М сталях играет аналогичную углероду роль, он представляет собой аустенитообразующий элемент. Азот используют для получения аустенитных сталей при сниженном, по экономическим соображениям, содержании никеля [11].

При создании АКСС для получения необходимой структуры, свойств и обеспечения максимальной коррозионной стойкости используют в различных

сочетаниях такие легирующие элементы: ферритообразующие А1, W, ЫЪ, Ti, V) и аустенитообразующие (Со, Си) [11].

7700

-5 , 15 25 35 Мп,7с

700

О Ц 8 12 1В 20 24 28 С г, %

Рисунок 1.1.1 - Структурная диаграмма системы Fe-Cr-Mn после закалки от 1100°С

Рисунок 1.1.2 - Влияние углерода на положение области а^у превращения в системе Fe-Сг-С [11]

[11]

В работах [12, 13] представлены три группы элементов: 1) N С, В; 2) W, Мо, V, Si; 3) Си, Мп, Со, М, которые расположены в порядке уменьшения эффективности воздействия на упрочнение аустенита в хромоникелевых КСС, а именно, на предел текучести а0,2 и предел прочности аВ. Наиболее сильно влияют элементы внедрения (первая группа), так как они вызывают наибольшее искажение кристаллической решетки аустенита, сдерживающее скольжение дислокаций. Эффективность влияния углерода и особенно азота, на упрочнение аустенита может быть более чем на порядок выше упрочняющего воздействия элементов, образующих твердые растворы замещения. Так, легирование хромоникелевого аустенита 1% N позволяет увеличить о0,2 более чем на 500 МПа, а 1% С - на 380 МПа. Элементы третьей группы практически не изменяют величину а0,2 аустенита, а во второй группе более значительное влияние оказывают W, Мо, V, 1% которых увеличивает а0,2 примерно на 10, 20, 30 Мпа, соответственно (Рисунок 1.1.3).

4,0 8.0 12,0 16,0 Содержание легирующих элементов, ат. %

Рисунок 1.1.3 - Влияние легирующих элементов на упрочнение аустенита [12, 13]: 1 - элементы, образующие твердые растворы внедрения; 2 - ферритообразующие и 3 - аустенитообразующие элементы, образующие твердые растворы замещения

1.2. Промышленные АКСС и их назначение

В мировом объеме производства АКСС являются наиболее распространенной группой нержавеющих сталей. Наиболее широко используются стали серии AISI 300 системы Fe-Cr-Ni. Их химический состав: ~18% & и 8% М (эти сплавы часто называют сталями 18-8), может рассматриваться как основа этой серии сталей. Вследствие того, что никель является достаточно дорогим элементом, на сегодняшний день довольно распространенной практикой является его замена азотом и марганцем. На системе Fe-Cr-Mn основана серия AISI 200. Высокоазотистые аустенитные безникелевые или с низким содержанием никеля КСС будут рассмотрены далее в разделе 1.3. В целом АКСС обладают хорошими коррозионными, механическими и технологическими свойствами [14].

В серии 300 (Таблица 1.2.1) сталь типа 301 (17&-7М) обладает достаточно высокой технологичностью и способностью к упрочнению при холодной пластической деформации (ХПД) вследствие TRIP-эффекта - эффекта пластичности, наведенной мартенситным превращением. Стали типа 302 и 304 имеют более высокое содержание легирующих элементов. Сталь 304 широко применяется в различных областях техники, особенно при высоких температурах. Содержание никеля делает сталь типа 305 более стабильной, чем 304. Стали 309, 310 и 314 также подходят для использования при высоких температурах. Стали 316 и 317, вследствие содержания большого количества легирующих элементов,

обладают хорошей коррозионной стойкостью и прочностью при высокой температуре [14].

Таблица 1.2.1 - Химический состав сталей серий AISI 300 и 200 [14]

Сталь Российские аналоги Химический состав, %

Сг № Мо Мп N С Si Р S

201 12Х15Г9НД 16,0-18,0 3,5-5,5 - 5,5-7,5 <0,25 0,15 1,00 0,045 0,015 -

20^ - 16,0-17,0 3,5-5,5 - 6,0-8,0 <0,20 0,03 1,00 0,045 0,015 -

202 12Х17Г9АН4 17,0-19,0 4,0-6,0 - 7,5-10 <0,25 0,15 1,00 0,045 0,015 -

204С - 16,0-18,0 2,0 1,0 6,5-8,5 <0,30 0,10 2,00 0,040 0,030 -

301 07Х16Н6 16,0-18,0 6,0-8,0 - <2,0 <0,10 <0,15 <1,00 <0,045 <0,030 -

302 12Х18Н9 17,0-19,0 8,0-10,0 - <2,0 <0,10 <0,15 <0,75 <0,045 <0,030 -

304 08Х18Н10 17,5-19,5 8,0-10,5 - <2,0 <0,10 <0,07 <0,75 <0,045 <0,030 -

304L 03Х18Н11 17,5-19,5 8,0-12,0 - <2,0 <0,10 <0,03 <0,75 <0,045 <0,03 -

309 20Х23Н13 22,0-24,0 12,0-15,0 - <2,0 - 0,20 <0,75 <0,045 <0,03 -

309S 20Х20Н14С2 22,0-24,0 12,0-15,0 - <2,0 - 0,08 <0,75 <0,045 <0,03 -

316 08Х17Н13М2 16,0-18,0 10,0-14,0 - <2,0 <0,10 <0,08 <0,75 <0,045 <0,03 -

3^ 03Х16Н15М3 16,0-18,0 10,0-14,0 - <2,0 <0,10 <0,03 <0,75 <0,045 <0,03 -

316LN - 16,0-18,0 10,0-14,0 2,0-3,0 <2,0 0,10-0,16 <0,03 <0,75 <0,045 <0,03 -

316П 10Х17Н13М2Т 16,0-18,0 10,0-14,0 2,0-3,0 <2,0 <0,10 <0,08 <0,75 <0,045 <0,03 >5(С+^-<0,7

Фазовая диаграмма системы Fe-Cr показана на рисунке 1.2.1. Если содержание хрома в АКСС превышает 16%, то их равновесная структура при комнатной температуре будет состоять из феррита при условии, что в материале отсутствуют другие легирующие элементы. Элементами, которые наиболее часто используются для получения аустенитной микроструктуры, являются М, Mn, C и N. Стоит отметить, что стали серии 300 (система Fe-Cr-Ni) могут содержать феррит при нагреве до высоких температур, однако те стали, которые содержат большое количество легирующих элементов, обычно имеют полностью аустенитную структуру. Тем не менее, неоднородность в исходном литом состоянии может привести к образованию феррита в некоторых отдельных участках. Присутствие ферритообразующих элементов, таких как Mo и Т^ может также привести к образованию феррита в конечной структуре стали. Поэтому при

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Меркушкин, Евгений Анатольевич, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шпайдель М. О. Новые азотосодержащие аустенитные нержавеющие стали с высокими прочностью и пластичностью / М. О. Шпайдель // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2005. - №11. - С. 9-13.

2. Speidel M. O. Properties and Applications of High Nitrogen Steels / M. O. Speidel // In: Proceedings of the 1st International Conference on High Nitrogen Steels, (Foct J and Hendry A, EDS), The Institute of Metals, Lond. - 1989. - PP. 92-96.

3. Банных О. А. Влияние мартенситного (у^а)-превращения в Fe-Cr-N-сплавах на их коррозионное растрескивание под напряжением / О. А. Банных, В. М. Блинов, В. В. Березовская, М. В. Костина, М. А. Гервасьев, И. В. Голяков, И. С. Трушин // Металлы. - № 4. - 2005. - С. 26-31.

4. Березовская В.В. Влияние технологии упрочнения на структуру, свойства и сопротивление КРН высокопрочных бандажных сталей / В.В. Березовская, Т.Г. Лобанова, И.А. Крутикова / Труды XVII Петербургских чтений по проблемам прочности, посвящ. 90-летию со дня рождения проф. А.Н. Орлова. Санкт-Петербург: СПбГУ , 2007. Ч.1. С. 166-168.

5. Березовская В.В. Коррозионные свойства аустенитных Cr-Mn-Ni-N-сталей с разным содержанием марганца / В.В. Березовская, М.В. Костина, Е.В. Блинов, И.О. Банных, В.Е. Боброва, В.П. Мельник // Металлы. 2008. № 1. С. 3641.

6. Березовская В.В. Влияние термической обработки на структуру и свойства высокоазотистой аустенитной коррозионностойкой стали 03Х20АГ11Н7М2 / В.В. Березовская, О.А. Банных, М.В. Костина, Е.В. Блинов, А.И. Шестаков, Р.А. Саврай // Металлы. 2010. №2. С. 34-43.

7. Березовская В.В. Влияние термической обработки на структуру высокоазотистых аустенитных коррозионно-стойких сталей 04Х22АГ17Н8М2Ф и 07Х20АГ9Н8МФ / В.В. Березовская, М.В. Костина, Е.В. Блинов, В.Е. Боброва, И.О. Банных // Металлы. 2009. №2. С. 61-68.

8. Березовская В.В. Влияние холодной пластической деформации на структуру и коррозионную стойкость стареющего аустенитного сплава 0Х18Н2А / В.В. Березовская, И.В. Голяков, О.А. Банных, В.М. Блинов // Металлы. 2006. №5. С. 29-32.

9. Berezovskaya V.V. Effect of thermo-plastic treatment on structure and corrosion properties of high nitrogen Cr-steels / V.V. Berezovskaya // Journal of Metallurgical Engineering. 2013. V.2. I. 1. P. 19-28.

10. Lippold J. C. Welding metallurgy and weldability of stainless steels / J. C. Lippold, D. J. Kotecki. - John Wiley & Sons, Inc, 2005.

11. Гольдштейн М. И. Специальные стали / М. И. Гольдштейи, С. В. Грачев, Ю. Г. Векслер М. - Учебник для вузов. - М.: Металлургия, 1985. - 408 с.

12. Сагарадзе В. В. Упрочнение и свойства аустенитных сталей / В. В. Сагарадзе, А. И. Уваров. - Екатеринбург: РИО УрОРАН, 2013. - 720 с.

13. Пикеринг Ф. Б. Физическое металловедение и разработка сталей / Ф. Б. Пикеринг. - Пер. с англ. - М.: Металлургия, 1982. - 184 с.

14. Joseph Ki Leuk Lai. Stainless Steels: An Introduction and Their Recent Developments / Joseph Ki Leuk Lai, Kin Ho Lo, Chan Hung Shek. - Bentham Science Publishers, 2012. - 168 p.

15. Shaeffler A. L. Constitution diagram for stainless steel weld metal / A. L. Shaeffler. - Metal Prog, 1949. - 680 p.

16. Long C.J. The ferrite content of austenitic stainless steel weld metal / C.J. Long, W.T. DeLong // Welding Journal. - 1973. - №52(7). - PP. 281-297.

17. Potak Y.M. Structural diagram for stainless steels as applied to cast metal and metal deposited during welding / Y.M. Potak, E.A. Sagalevich // Avtomaticheskaya Svarka. - 1972. - 25(5). - PP. 10-13.

18. Espy R.H. Weldability of nitrogen-strengthened stainless steels / R.H. Espy // Welding Journal. - 1982. - №61(5). - PP. 149-156.

19. McCowan C.N. Manganese and nitrogen in stainless steel SMA welds for cryogenic service // C.N. McCowan, T.A. Siewert, R.P. Reed, F.B. Lake / Welding Journal. - 1987. - №66(3). - PP. 84-92.

20. Kotecki D.J. WRC-1992 constitution diagram for stainless steel weld metals // D.J. Kotecki, T.A. Siewert / Welding Journal. - 1992. - №71(5). - PP. 171178.

21. Гудремон Э. Специальные стали / Э. Гудремон. - Изд. 2-е сокр. и переработ. - М.: Металлургия, 1966. - 1275 с.

22. Банных О. А. Азот как легирующий элемент в сталях на основе железа / О. А. Банных, В. М. Блинов, М. В. Костина // Сборник научных трудов. -Выпуск 3. - С. 157-192.

23. Balachandran G. Development of high nitrogen steel materials / G. Balachandran // Proceedings of 11th International conference «High Nitrogen Steels and Interstitial Alloys» (HNS 2012). Chennai. - 2013. - PP. 41-62.

24. Блинов В. М. О влиянии легирования на предельную растворимость азота в коррозионно-стойких низкоуглеродистых сплавах Fe-Cr-Mn-Ni-Mo / В. М. Блинов, О. А. Банных и др. // Металлы. - 2004. - №4. - С. 42-49.

25. Berns H. High Strength Stainless Austenitic CrMnCN Steels / H. Berns, V. G. Gavriljuk, S. Riedner, A. Tyshchenko // Part I: Alloy Design and Properties. Steel research int. - 2007. - No. 9. - PP. 714-719.

26. Spiedel M. O. Commercial Low-Nickel and High Nitrogen Steels / M. O. Spiedel, H. Spiedel // In Proceedings of 10th International Conference on High Nitrogen Steels (MISiS, Moscow). - 2009. - PP. 121-128.

27. Balachandran G. Developments in the manufacture of high nitrogen stainless steels / G. Balachandran // In: High Nitrogen Steels and Stainless Steels-Manufacturing, Properties and Applications. - Alpha Science International, Pangbourne, UK. - 2004. - PP. 40-93.

28. Wang J. Nickel free duplex stainless steels / J. Wang, P. Uggowitzer, R. Magadowski, et al. // Scr. Mater. - 1999. - №40 (1). - PP. 123-129.

29. Spiedel M. O. New nitrogen-bearing austenitic stainless steels with high strength and ductility / M. O. Spiedel // Metal Sci Heat Treat. - 2005. - №47 (11-12). -PP. 489-493.

30. Yibin Ren. In vitro Study on a New High Nitrogen Nickel-free Austenitic Stainless Steel for Coronary Stents / Yibin Ren, Peng Wan, Feng Liu, Bingchun Zhang, Ke Yang.J. // Mater. Sci. Technol. - 2011. - №27(4). - PP. 325-331.

31. Gavriljuk V. G. Corrosion-resistant analogue of Hadfield steel / V. G. Gavriljuk, A. I. Tyshchenko, O. N. Razumov, et al. // Mater Sci Eng A. - 2006. -№420 (1-2). - PP. 47-54.

32. Uggowitzer P. Nickel free high nitrogen austenitic steels / P. Uggowitzer, R. Magdowski, M. O. Spiedel // ISIJ Int. - 1996. - №36(7). - PP. 901-908.

33. Fu R. Mechanical properties of 32Mn-7Cr-0.6Mo-0.3N austenitic steel for cryogenic applications / Fu R, Zheng Y, Ren Y. // J Mater Eng Perform. - 2001. -№10(4). - PP. 456-459.

34. Svyazhin A. G. Effect of Nitrogen on structure properties of thermomechanically strengthened steels / A. G. Svyazhin, V. G. Prokoshkina, K. L. Kossyrev // Proceedings of 10-th International Conference on High Nitrogen Steels. HNS 2009, Moscow, Russia. - Moscow, MISIS. - 2009. - PP. 77-82.

35. Гаврилюк В.Г. Физические основы азотистых сталей / В. Г. Гаврилюк // Перспективные материалы: Структура и методы исследования. - Тольятти, ТГУ, МИСиС. - 2007. - С. 5-74.

36. Balachandran G. Some theoretical aspects of designing nickel free high nitrogen austenitic stainless steels / G. Balachandran, M. L. Bhatia, N. B. Ballan, et al. // ISIJ Int. - 2001. - №41(9). - PP. 1018-1027.

37. Yiming Jiang,. Influence of Creq/Nieq on pitting corrosion resistance and mechanical properties of UNS S32304 duplex stainless steel welded joints / Yiming Jiang, Hua Wang, Jufeng Hong, Laizhu Jiang, Jin Li // Corrosion Science. - 2013. -№70. - PP. 252-259.

38. Kemp M. Evaluation of corrosion and mechanical properties of a range of experimental Cr-Mn stainless steels / M. Kemp, A. Bennekom, F. Robinson // Mater Sci Eng A. - 1995. - №199(2). - PP. 183-194.

39. Ustinovshikov Y. The microstructure of Fe-18%Cr alloys with high N contents / Y. Ustinovshikov, A. Ruts, O. Bannykh, et al. // Acta Mater. - 1996. -№44(3). - PP. 1119-1125.

40. Ustinovshikov Y. Microstructure and properties of the high-nitrogen Fe-Cr austenite / Y. Ustinovshikov, A. Ruts, O. Bannykh, et al. // Mater Sci Eng A. - 1999. -№262(1-2). - PP. 82-87.

41. Spiedel M. From High-Nitrogen Steels (HNS) to High-Interstitial alloys (HIA) / M. Spiedel // High Nitrogen Steels. HNS Conference Proceedings. Zurich. -2003. - PP. 1-8.

42. Rawers J. Preliminary Study into the Stability of Interstitial Nitrogen and Carbon in Steels / J. Rawers // High Nitrogen Steels. HNS Conference Proceedings. Zurich. - 2003. - PP. 273-280.

43. Банных И.О. Об особенностях формирования структуры высокоазотистых аустенитных сталей при закалке / И.О. Банных, И.О. Бочарова, Т.Н. Зверева // Металлы. - 2011. - №5. - С. 49-53.

44. Соколовская Ю.А. Определение температурного интервала рекристаллизации на основе структурных исследований аустенитной высокоазотистой Cr-Mn-Mo-стали / Ю.А. Соколовская, В.В. Березовская // Металлы. - 2015. - № 2. - С. 48-53.

45. Nakata N. Grain refinement of nickel-free high nitrogen austenitic stainless steel by reversion of eutectoid structure / N. Nakata, N. Hirakawa, T. Tsuchiyama, S. Takaki // Scripta Materialia. - 2007. - №57. - PP. 153-156.

46. Березовская В.В. Исследование структуры, механических и коррозионных свойств новых высокоазотистых Cr-Mn-сталей с молибденом / В.В. Березовская, Р.А. Саврай, Е.А. Меркушкин, А.В. Макаров // Металлы. - 2012. -№3. - С. 31-39.

47. Kibey S. Effect of nitrogen on generalized stacking fault energy and stacking fault widths in high nitrogen steels / S. Kibey, J. B. Liu, M. J. Curtis, D. D. Johnson, H. Sehitoglu // Acta Materialia. - 2006. - №54. - PP. 2991-3001.

48. Ritzenhoff R. Manufacturing of HNS alloys at Energietechnik Essen GmbH - a process overview / R. Ritzenhoff // In Proceedings of 10th International Conference on High Nitrogen Steels (MISiS, Moscow). - 2009. - PP. 243-248.

49. Stein G. Manufacturing and Applications of High Nitrogen Steels / G. Stein, I. Hucklenbroich // High Nitrogen Steels. HNS Conference Proceedings. Zurich. - 2003. - PP. 21-30.

50. Rashev Ts. Problems of High Nitrogen Steel Development / Ts. Rashev, Ch. Andreev, L. Jekova // In Proceedings of 10th International Conference on High Nitrogen Steels (MISiS, Moscow). - 2009. - PP. 221-232.

51. Spiedel M. High-Nitrogen Austenitic Stainless Steels / M. Spiedel, Zheng-Cui Mingling // High Nitrogen Steels. HNS Conference Proceedings. Zurich. - 2003. -PP. 63-73.

52. Wei Wang. Temperature dependence of tensile behavior of nitrogen alloyed austenitic stainless steels / Wei Wang, Wei Yan, Ke Yang, Yiyin Shan, Zhouhua Jiang // In Proceedings of 10th International Conference on High Nitrogen Steels (MISiS, Moscow). - 2009. - PP. 202-207.

53. Zu-rui Zhang. Effect of Aging on Mechanical Properties of High Nitrogen Austenitic Stainless Steel / Zu-rui Zhang, Zhou-hua Jiang, Hua-bing Li, Bao-yuX // In Proceedings of 10th International Conference on High Nitrogen Steels (MISiS, Moscow). - 2009. - PP. 112-117.

54. Блинов В. М. Влияние термической обработки на трещиностойкость горячекатаной коррозионно-стойкой аустенитной высокоазотистой стали 04Х20Н6Г11М2АФБ / В. М. Блинов и др. // Металлы. - 2011. - №5. - С. 54-59.

55. Schino A. Grain refinement strengthening of a micro-crystalline high nitrogen austenitic stainless steel / A. Schino, J. Kenny // Mater Lett. - 2003. -№57(12). - PP. 1830-1834.

56. Maeng W. Comparative study on the fatigue crack growth behavior of 316L and 316LN stainless steels: effect of microstructure of cyclic plastic strain zone at crack tip / W. Maeng, W. Kim // J Nucl Mater. - 2000. - №282(1). - PP. 32-39.

57. Songtao Wang. Plastic deformation and fracture behaviors of nitrogen-alloyed austenitic stainless steels / Songtao Wang, Ke Yang, Yiyin Shan, Laifeng Li // Materials Science and Engineering A. - 2008. - №490. - PP. 95-104.

58. Tschiptschin A. P. Surface Properties of HNS / A. P. Tschiptschin, A. Toro // High Nitrogen Steels. HNS Conference Proceedings. Zurich. - 2003. - PP. 229-240.

59. Gavriljuk V. G. High Nitrogen Steels: structure, properties, manufacture, applications / V. G. Gavriljuk, H. Berns. - Springer, 1999 (Engineering materials).

60. Niederhofer P. High interstitial FeCrMnCN austenitic stainless steels for use in tribocorrosive environments / P. Niederhofer, S. Siebert, S. Huth, W. Theisen, H. Berns // In Proceedings of 12th International Conference on High Nitrogen Steels (Energietechnik Essen GmbH, Hamburg), 2014. - PP. 50-57.

61. Gocmen A. An alloy design of a case hardenable ferritic stainless steel / A. Gocmen // In Proceedings of 12th International Conference on High Nitrogen Steels (Energietechnik Essen GmbH, Hamburg), 2014. - PP. 30-37.

62. Saller G. High Nitrogen Alloyed Steels for Non-Magnetic Drill Collars Standard Steel Grades and Latest Developments / G. Saller, H. Aigner // High Nitrogen Steels. HNS Conference Proceedings. Zurich. - 2003. - PP. 129-138.

63. Schneiders T. Industrial Use of Austenitic and Duplex HNS-Manufacture, Application and Properties / T. Schneiders, R. Ritzenhoff, H. Jung, C. Herrera, A. Bauch // In Proceedings of 12th International Conference on High Nitrogen Steels (Energietechnik Essen GmbH, Hamburg), 2014. - PP. 120-127.

64. Seifert M. New developments of martensitic stainless steels containing C+N / M. Seifert, S. Siebert, S. Huth, W. Theisen, H. Berns // In Proceedings of 12th International Conference on High Nitrogen Steels (Energietechnik Essen GmbH, Hamburg), 2014. - PP. 40-47.

65. Harzenmoser M. Welding of High Nitrogen Steels / M. Harzenmoser // High Nitrogen Steels. HNS Conference Proceedings. Zurich. - 2003. - PP. 179-188.

66. Bernauer J. Effect of Carbon in High-Nitrogen Corrosion-Resistant Austenitic Steels / J. Bernauer, M. O. Spiedel // High Nitrogen Steels. HNS Conference Proceedings. Zurich. - 2003. - PP. 159-168.

67. Mushnikova S.J. Effect of the structure and phase composition on the pitting corrosion resistance of the Cr-N steels with overequilibrium nitrogen content / S. J. Mushnikova, M. V. Kostina, Ch. A. Andreev, L. Ts. Zhekova // In Proceedings of 10th International Conference on High Nitrogen Steels (MISiS, Moscow). - 2009. - PP. 300305.

68. Mudali U. Kamachi. Passive Films and localized corrosion - role of nitrogen / Mudali U. Kamachi, S. Ningshen, Raj Baldev // In Proceedings of 10th International Conference on High Nitrogen Steels (MISiS, Moscow). - 2009. - PP. 271280.

69. Heon Young Ha. Effects of Cr2N on pitting corrosion of high nitrogen stainless steels / Heon Young Ha, HyukSang Kwon // Electrochimica Acta. - 2007. -№52. - PP. 2175- 2180.

70. Wang Mingjia. Study of Corrosion Resistance on 316LN Austenitic Stainless Steels / Wang Mingjia, Liu Xiaocui, Wu Siyu, Wang Yan // In Proceedings of 10th International Conference on High Nitrogen Steels (MISiS, Moscow). - 2009. - PP. 281-286.

71. Mudali U.K. Influence of nitrogen addition on the crevice corrosion resistance of nitrogen-bearing austenitic stainless steels / U. K. Mudali, R. K. Dayal // J. Mater Sci. - 2000. - №35(7). - PP. 1799-1803.

72. Hua-bing Li. Pitting corrosion and crevice corrosion behaviors of high nitrogen austenitic stainless steels / Hua-bing Li, Zhou-hua Jiang, Yan Yang, Yang Cao, Zu-rui Zhang // Int. Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. - 2009. - Vol. 16, No. 5. - PP. 517-524.

73. Pujar M.G. Electrochemical noise studies of the effect of nitrogen on pitting corrosion resistance of high nitrogen austenitic stainless steels / M.G. Pujar, Mudali U. Kamachi, Sudhansu Sekhar Singh // Corrosion Science. - 2011. - №53. -PP. 4178-4186.

74. Baba H. Role of nitrogen on the corrosion behavior of austenitic stainless steels / H. Baba, T. Kodama, Y. Katada // Corrosion Science. - 2002. - №44. - PP. 2393-2407.

75. Xinqiang Wu. Roles of nitrogen, cold work and Sensitization Treatment on Electrochemical Corrosion Behavior of Nickel Free High Nitrogen Stainless Steels / Xinqiang Wu, Yao Fu, Enhou Han, Wei Ke, Ke Yang, Zhouhua Jiang // In Proceedings of 10th International Conference on High Nitrogen Steels (MISiS, Moscow). - 2009. -PP. 294-299.

76. Mudali U.K. On the pitting corrosion resistance of nitrogen alloyed cold worked austenitic stainless steels / U. K. Mudali, P. Shankar, S. Ningshen, et. al // Corros Sci. - 2002. - №44(10). - PP. 2183-2198.

77. Горынин И. В. Коррозионно-стойкие высокопрочные азотистые стали / И. В. Горынин, В. А. Малышевский, Г. Ю. Калинин, С. Ю. Мушникова, О. А. Банных, В. М. Блинов, М. В. Костина // Вопросы материаловедения. - 2009. - №3 (59). - С. 7-16.

78. Валиев Р. З. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства / Р. З. Валиев, И. В. Александров. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. - 398 с.

79. Valiev R. Z. Principles of equal-channel angular pressing as a processing tool for grain refinement / R. Z. Valiev, T. G. Langdon // Progress in Materials Science. - 2006. - №51. - PP. 881-981.

80. Томашов Н. Д. Теория коррозии и коррозионностойкие конструкционные сплавы / Н. Д. Томашов, Г. П. Чернова. - Учебн. пособие для вузов. - М.: Металлургия, 1993. - 416 с.

81. Шаповалов Э.Т. Электрохимические методы в металловедении и фазовом анализе / Э. Т. Шаповалов, Л. И. Баранова, Г. О. Зекцер. - М.: Металлургия, 1988. - 166 с.

82. ГОСТ 9.912-89. Методы ускоренных испытаний на стойкость к питтинговой коррозии. - М. Изд-во стандартов, 1993. - 20 с.

83. ГОСТ 1497-84. Методы испытаний на растяжение. - М. Изд-во стандартов, 1993. - 35 с.

84. Брандон Д. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля / Д. Брандон, У. Каплан. - Москва: Техносфера, 2004. - 384 с.

85. Миронов С. Ю. Анализ пространственного распределения ориентировок элементов структуры поликристаллов, получаемого методами просвечивающей электронной микроскопии и обратно рассеянного пучка электронов в сканирующем электронном микроскопе / С. Ю. Миронов, В. Н. Даниленко, М. М. Мышляев, А. В. Корнева // Физика твердого тела. - 2005. - т. 47, вып. 7. - С. 1217-1225.

86. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография / С. А. Салтыков. -М.: Металлургия. - 1976. - 271 с.

87. Горелик С. С. Рентгенографический и электронно-оптический анализ / С. С. Горелик, Ю. А. Скаков, Л. Н. Расторгуев. - М.: МИСИС. - 1994. - 328 с.

88. Рыбин В .В. Большие пластические деформациии и разрушение металлов / В. В. Рыбин. - М.: Металлургия. - 1986. - 224 с.

89. Меркушкин Е. А. Исследование структуры и свойств новых высокоазотистых коррозионностойких сталей / Е. А. Меркушкин, А. А. Мордвинова // В сб. тр. XI Международной научно-технической уральской школы-семинара молодых ученых-металловедов. Екатеринбург. - 2010. - C. 204207.

90. Berezovskaya V. V. Structure, mechanical and corrosion properties of high manganese steels with high content of nitrogen / V. V. Berezovskaya, V. Y. Egorova, E.

A. Merkushkin // The 1-st international conference on high manganese steels. Seoul. -2011. - p. 135.

91. Меркушкин Е. А. Структура и свойства новых Cr-Mn-N-коррозионностойких сталей, выплавленных под давлением азота / Е. А. Меркушкин, В. Ю. Егорова // Актуальные проблемы развития технических наук. Сборник тезисов научных работ участников XIV областного конкурса научно-исследовательских работ студентов учреждений высшего и среднего профессионального образования Свердловской области «Научный Олимп» по направлению «Технические науки». Екатеринбург. - 2011. - C. 16-17.

92. Меркушкин Е. А. Сопротивление питтинговой коррозии новых высокоазотистых Cr-Mn-Mo-сталей / Е. А. Меркушкин // В сб. тр. XII Международной научно-технической уральской школы-семинара молодых ученых-металловедов. Екатеринбург. - 2011. - C. 224-226.

93. Березовская В. В. Влияние режимов термического упрочнения на структуру и свойства Cr- и Cr-Mn-сталей, выплавленных под давлением азота / В.

B. Березовская, А. В. Макаров, С. Б. Михайлов, Р. А. Саврай, Е. А. Меркушкин, А. Л. Осинцева // В сб. мат. XXI Уральской школы металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов». Магнитогорск. - 2012. - C. 28-29.

94. Меркушкин Е. А. Влияние объемной и поверхностной пластической обработок на коррозионные свойства высокоазотистыхаустенитных сталей / Е. А. Меркушкин // В сб. тр. XIII Международной научно-технической уральской школы-семинара молодых ученых-металловедов. Екатеринбург. - 2012. - C. 271273.

95. Меркушкин Е. А. Исследование влияния термической обработки на коррозионные свойства высокоазотистыхаустенитных сталей / Е. А. Меркушкин, В. В. Березовская // В сб. мат. I Международной интерактивной научно-практической конференции «Инновации в материаловедении и металлургии». Екатеринбург. - 2012. - C. 340-347.

96. Березовская В. В. Особенности дилатометрических эффектов в легированных высокоазотистых сталях / В. В. Березовская, С. Б. Михайлов, Е. А. Меркушкин // В сб. мат. I Международной интерактивной научно-практической конференции «Инновации в материаловедении и металлургии». Екатеринбург. -2012. - С. 253-256.

97. Меркушкин Е. А. Стойкость к питтинговой коррозии высокоазотистых аустенитных сталей. Роль объемной и поверхностной пластической обработок / Е. А. Меркушкин, В. В. Березовская // В сб. мат. II Международной интерактивной научно-практической конференции «Инновации в материаловедении и металлургии». Екатеринбург. - 2012. - С. 110-113.

98. Меркушкин Е. А. Исследование влияния пластической деформации на стойкость к питтинговой коррозии высокоазотистых аустенитных сталей 07Х16АГ13М3 и 06Х18АГ19М2 / Е. А. Меркушкин // В сб. мат. Всероссийской молодежной научной конференции с международным участием «Инновации в материаловедении». Москва. - 2013. - с. 206.

99. Ананьин А. Н. Влияние термической и термопластической обработок на механические и коррозионные свойства высокоазотистых аустенитных сталей / А. Н. Ананьин, Е. А. Меркушкин, В. В. Березовская // В сб. тр. конф. «Создание высокоэффективных производств на предприятиях горно-металлургического комплекса». Екатеринбург. - 2013. - 260 с.

100. Меркушкин Е. А. Влияние термической и термо-пластической обработок на механические и коррозионные свойства высокоазотистых аустенитных сталей / Е. А. Меркушкин, В. В. Березовская, А. Н. Ананьин, Ю. А. Ткаченко // В сб. тр. 54 Международной конференции «Актуальные проблемы прочности». - Екатеринбург. - 2013. - 300 с.

101. Меркушкин Е. А. Свойства высокоазотистых аустенитных сталей после упрочняющей обработки, включающей пластическую деформацию / Е. А. Меркушкин, А. Н. Ананьин, В. В. Березовская // В сб. мат. III Международной

интерактивной научно-практической конференции «Инновации в материаловедении и металлургии». Екатеринбург. - 2013. - C. 168-170.

102. Березовская В. В. Влияние микролегирования оловом и/или азотом на структуру и свойства коррозионностойких сталей разной системы легирования. / В. В. Березовская, Е. А. Меркушкин, А. Н. Ананьин, Ю. А. Ткаченко // В сб. мат. III Международной интерактивной научно-практической конференции «Инновации в материаловедении и металлургии». Екатеринбург. - 2013. - C. 165166.

103. Березовская В. В. Влияние микролегирования оловом и/или азотом на сопротивление коррозионностойких сталей образованию питтингов / В. В. Березовская, Е. А. Меркушкин, А. Н. Ананьин, Ю. А. Ткаченко // В сб. мат. XXII Уральской школы металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов». Оренбург. - 2014. - C. 113-116.

104. Меркушкин Е. А. Сопротивление образованию питтингов коррозионностойких сталей разных классов и системы легирования с микродобавками азота и/или олова / Е. А. Меркушкин // В сб. тр. XIV Международной научно-технической уральской школы-семинара молодых ученых-металловедов. Екатеринбург. - 2013. - C. 261-263.

105. Berezovskaya V. V. Effect of strengthening treatment on the resistance to pitting corrosion of nickel-free high-nitrogen steels / V. V. Berezovskaya, E. A. Merkushkin, R. Ritzenhoff // Proceedings of 11th International conference «High Nitrogen Steels and Interstitial Alloys» (HNS 2012). Chennai. - 2013. - PP. 265-274.

106. Merkushkin E. A. Study of the effect of severe plastic deformation on the resistance to pitting corrosion of high-nitrogen steel P900N+Mo / E. A. Merkushkin, V. V. Berezovskaya, R. Z. Valiev, R. Ritzenhoff // Proceedings of 12th International conference «High Nitrogen Steels 2014» (HNS 2014). Hamburg. - 2014. - PP. 106112.

107. Berezovskaya V. V. Phase Stability and Plasticity Mechanism of High Nitrogen Austenitic steel under severe plastic deformation by ECAP. / V. V.

Berezovskaya, M. C. Khadyev, E. A. Merkushkin, Yu. A. Sokolovskaya, R. Z. Valiev, R. Ritzenhoff // Proceedings of 12th International conference «High Nitrogen Steels 2014» (HNS 2014). Hamburg. - 2014. - PP. 87-93.

108. Меркушкин Е. А. Интенсивная пластическая деформация как способ повышения механических и коррозионных свойств высокоазотистойаустенитной стали / Е. А. Меркушкин // В сб. тр. XV Международной научно-технической уральской школы-семинара молодых ученых-металловедов. Екатеринбург. -2014. - C. 130-133.

109. Меркушкин Е. А. Корреляционная зависимость потенциала питингообразования и показателей PREN и MARC для аустенитных коррозионностойких сталей / Е. А. Меркушкин, В. В. Березовская // В сб. мат. IV Международной интерактивной научно-практической конференции «Инновации в материаловедении и металлургии». Екатеринбург. - 2015. - C. 355-358.

110. Меркушкин Е. А. Прогнозирование коррозионных свойств высокоазотистых аустенитных сталей на основе корреляционного уравнения потенциала питтингообразования / Е. А. Меркушкин, В. В. Березовская, Л. Д. Лавриков // В сб. тр. XIX Международной конференции « Физика прочности и пластичности материалов». Самара. - 2015. - C. 185-186.

111. Меркушкин Е. А. Влияние легирования оловом на стойкость к питтинговой коррозии ферритных коррозионностойких сталей / Е. А. Меркушкин, В. В. Березовская // В сб. мат. II Всероссийской молодежной научной конференции с международным участием «Инновации в материаловедении». Москва. - 2015. - C. 72-73.

112. Уймин М. А. Механические и магнитные свойства высокоазотистойаустенитной стали 06Х18АГ19М2 / М. А. Уймин, Е. А. Меркушкин // В сб. тр. XVI Международной научно-технической уральской школы-семинара молодых ученых-металловедов. Екатеринбург. - 2015. - C. 7174.

113. Березовская В. В. TWIP-эффект в безникелевых высокоазотистых аустенитныхСг-Мд-сталях / В. В. Березовская, Р. З. Валиев, Ю. А. Расковалова, Е. А. Меркушкин // МиТОМ. - 2015. - №11. - С. 20-26.

114. Бараз В. Р. Использование MS Excel для анализа статистических данных / В. Р. Бараз, В. Ф. Пегашкин. - учеб. пособие; Нижнетагил. технол. ин-т (фил.) УГТУ-УПИ. - 2007. - 184 с.

115. Berns H., Gavriljuk V., Reidner S. High interstitial stainless austenitic steels / Berlin, Springer-Verlag, 2013. PP. 167.

116. Shanina B.D., Gavriljuk V.G., Berns H., Schmalt F. Concept of new high-streninless steel / Steel res 73. PP. 105-113.

117. Schmalt F., Berns H., Gavriljuk V. Mechanical properties of austenitic CrMnCN steel / Steel Grips 2. Suppl High Nitrogen Steels 2004. PP. 437-446.

118. Bain F.C. The nature and prevention of intergranular corrosion in austenitic stainless steel / F.C. Bain, R.H. Aborn, J.J. Rutherford // Trans. Am. Soc. Steel Treat. -1933. - v. 21. - PP. 481-509.

119. Sahlaoui H. Effects of ageing conditions on the precipitates evolution, chromium depletion and inter granular corrosion susceptibility of AISI 316L: experimental and modeling results / H. Sahlaoui, K. Makhlouf, H. Sidhom, et al. // Mater. Sci Eng A. - 2004. - 372(1-2). - PP. 98-108.

120. Березовская В.В. Влияние деформации на структуру, механические и коррозионные свойства высокоазотистой аустенитной стали 07Х16АГ13М3/ В.В. Березовская, М.С. Хадыев, Е.А. Меркушкин, Ю.А. Соколовская // Металлы, 2013, № 6. С. 54-62.

121. Мурадян С.О. Структура и свойства литейной коррозионностойкой стали, легированной азотом / Автореф. Дис.на соиск. учен. ст. канд. Техн. Наук М. : «Реглет», 2016. 26 с.

122. Bottger A.J. Order-disorder transitions in high-nitrogen steels: from ab-initio to statistical thermodynamics / A. J. Bottger, D. E. Nanu, A. Marashdeh // In

Proceedings of 10th International Conference on High Nitrogen Steels (MISiS, Moscow). - 2009. - pp. 31-34.

123. Imai Ynosi. Microstructures and Nitrides in the Ternary Fe-Cr-N System / Imai Ynosi, Masumoto Tsuyoshi, Maeda Keikichi // J. Jap. Inst. Metals. - 1965. - v.29, N 9. - pp. 860-865.

124. Нарита К. Кристаллическая структура неметаллических включений в стали / К. Нарита. - М. : Металлургия 1969. - 166 с.

125. Березовская В.В. Особенности распада пересыщенного у-твердого раствора в Cr-Mn высокоазотистых аустенитных сталях при нагреве/ В.В. Березовская, Е.А. Меркушкин // Труды участников VIII Международной конференции «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений» (MPFP-2016), 27 июня - 1 июля 2016 года, г. Тамбов. - Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и Технические науки, Том.21, вып. 3. 2016. С. 897-900.

126. Линчевская М.И., Утевский Л.М. Научные публикации ЦНИИТМАШ, Машгиз, 1968, № 427.

127. Уманский Я. С. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия / Я. С. Уманский, Ю. А. Скаков, А. Н. Иванов, Л. Н. Расторгуев -М.: Металлургия. - 1982. - 632 с.

128. Жилкашинова А. М. Связь коэффициента деформационного упрочнения и пластической деформации аустенитной стали Гадфильда / А. М. Жилкашинова, М. К. Скаков, Н. А. Попова // Вестник науки Сибири. - 2011. - № 1 (1). - С. 686-690.

ПРИЛОЖЕНИЕ. Акт внедрения результатов исследования

8

УРАЛ ЭНЕРГОРЕМОНТ

Год основания - 1948 ОАО "УРАЛЭНЕРГОРЕМОНТ"

Юридический адрес:620219, г. Екатеринбург, ул.Шевченко, 16, Почтовый адрес:ул.Шевченко, 16, г. Екатеринбург, Россия,620075 ИНН 6660001308, КПП 666001001, ОГРН 1026604941857, ОКПО 00110833, тел. [phone],факс [phone], e-mail: [e-mail]. www.uer.ru

Для представления в Диссертационный совет Д 212.285.04 ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента Росии Б.Н.

Ельцина»

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертационной работы

Научные результаты диссертационной работы Меркушкина Евгения Анатольевича на тему «Взаимосвязь питтингостойкости с химическим составом, структурой и свойствами аустенитных сталей с азотом», представленной в Диссертационный совет Д 212.285.04 Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, имеют практическое значение для ОАО «УРАЛЭНЕРГОРЕМОНТ» и рекомендованы к внедрению на предприятии в виде типового технологического процесса термической обработки.

Диссертантом разработаны рекомендации по термической обработке стали P900N+Mo (06Х18АГ19М2), использующейся в качестве материала для бандажных колец ВКИА 711 171 015турбогенератора ТФ-80-2 УХЛЗ, заключающейся в закалке от 1150°С в воде с последующим старением при 500°С (2 часа) с целью получения комплекса свойств высокойпрочности и стойкости к коррозионному воздействию. Целесообразность применения разработанной технологии обусловлена повышенными требованиями к пределу текучести ао,2 и стойкости к КРН данных деталей, так как бандажное кольцо представляет собой наиболее нагруженный узел ротора, испытывающий центробежные усилия не только под действием собственной массы, но и лобовых частей обмотки ротора, а также усилия, вызванные посадкой фиксирующих колец с натягом, нуждающийся, кроме того, в охлаждении.

Использование разработанных рекомендаций показало экономическую эффективность за счет существенного повышения эксплуатационной стойкости изделий на 30%.

Директор инженерного це]

оао «уралэнергоремо:

С.П.Рузанов