ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет», Челябинск, Россия:
А. Н. Мазничевский, аспирант кафедры материаловедения и физикохимии материалов, ведущий научный сотрудник, эл. почта: chiefteh@lasmet.ru

Ю. Н. Гойхенберг, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: goikhenbergyn@susu.ru

ООО «Ласмет», Челябинск, Россия:
Р. В. Сприкут, директор Лаборатории специальной металлургии, эл. почта: mail@lasmet.ru

Изучено влияние азота (до 0,3 % (мас.)) на структуру, механические и технологические свойства, а также коррозионную стойкость хромоникельмарганцевой стали 03Х20Н9Г3А0,30. Установлено, что введение азота в сталь приводит к изменению структуры слитка, а именно: к уменьшению ширины зоны столбчатых и увеличению зоны равноосных кристаллитов в условиях малых сечений. Кроме того, происходит измельчение аустенитного зерна литого металла. Показано, что увеличение концентрации азота до 0,3 % (мас.) приводит к существенному увеличению прочностных свойств (на 50–70 %) при практически неизменной пластичности стали в условиях испытаний при комнатной температуре. Увеличение температуры испытаний приводит к постепенному сближению уровней прочностных свойств сталей 03Х20Н9Г3А0,30 и 03Х18Н11 и существенному уменьшению горячей пластичности (в 1,5–2,0 раза) аустенитной стали с азотом. Для обеспечения высокой технологической пластичности, а значит, минимизации потерь на удаление поверхностных дефектов и возможного брака исследованы различные варианты микролегирования азотсодержащей стали бором или редкоземельными металлами (РЗМ). Показано, что оптимальная добавка бора составляет 0,0015–0,0025 % (мас.), а в случае микролегирования церием или иттрием 0,02 % (мас.) и 0,04 % (мас.) соответственно. Определены условия сохранения стойкости стали с азотом к межкристаллитной коррозии при испытаниях по методу ДУ ГОСТ 6032–2017 после провоцирующего нагрева от 500 до 850 °C и выдержках до 100 ч. При этом сопротивление межкристаллитной коррозии стали 03Х20Н9Г3А0,30 в определенных условиях испытаний может быть заметно (в 4 раза) выше, чем у стали 03Х18Н11.

1. Рашев Ц. В., Елисеев А. В., Жекова Л. Ц., Богев Л. В. Высокоазотистые стали // Известия вузов. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 7. C. 503–510.
2. Kaputkina L. M., Svyazhin A. G., Smarygina I. V., Kindop V. E. Influence of nitrogen and copper on hardening of austenitic chromiumnickelmanganese stainless steel // CIS Iron and Steel Review. 2016. Vol. 11. P. 30–34.
3. Банных О. А., Блинов В. М., Костина М. В., Блинов Е. В., Мурадян С. О. О возможности применения в российском арматуростроении аустенитных азотистых сталей // Арматуростоение. 2014. №. 89. С. 67–76.
4. Свяжин А. Г., Капуткина Л. М. Стали, легированные азотом // Известия вузов. Черная металлургия. 2005. № 10. С. 36–46.
5. Stein G., Diehl V. High nitrogen alloyed steels on the movefield of application // Proceedings of 7^th Int. Conf. on High Nitrogen Steels (HNS 2004). 2004. Ostend. GRIPS media. P. 421–426.
6. Капуткина Л. М., Медведев М. Г., Прокошкина В. Г., Смарыгина И. В., Свяжин А. Г. Влияние легирования азотом на упрочнение и стабильность аустенита стали типа Х18Н10 // Известия вузов. Черная металлургия. 2014. Т. 57. № 7. P. 43–50.
7. Банных И. О. Структурные особенности и перспективы применения высокоазотистых аустенитных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2019. № 5. С. 22–29.
8. Банных О. А., Блинов В. М., Костина М. В. Азот как легирующий элемент в сплавах на основе железа. Фазовые и структурные превращения в сталях // Сб. научн. тр. школы-семинара (25–30 ноября 2002) / под ред. В. Н. Урцева. — Магнитогорск, 2003. С. 157–192.
9. Korshunov L. G., Chernenko N. L., Goikhenberg Y. Effect of silicon on the structure tribological behavior and mechanical properties of nitrogen-containing chromium-manganese austenitic steels // Physics of Metals and Metallography. 2003. Vol. 96, Iss. 5. P. 535–544.
10. Korshunov L. G., Goikhenberg Y., Chernenko N. L. Effect of alloying and heat treatment on the structure and tribological properties of nitrogen-containing stainless austenitic steel under abrasive and adhesive wear // Metal Science and Heat Treatment. 2007. Vol. 49, Iss. 5-6. P. 217–226.
11. Коршунов Л. Г., Черненко Н. Л., Гойхенберг Ю. Н. Износостойкие азотсодержащие хромомарганцевые коррозионностойкие аустенитные стали с низким коэффициентом трения // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2008. № 6. С. 25–29.
12. Березовская В. В., Костина М. В., Блинов Е. В., Банных И. О., Боброва В. Е. Коррозионные свойства аустенитных Cr–Mn–Ni–N-сталей с разным содержанием марганца // Металлы. 2008. № 1. С. 36–41.
13. Шпайдель М. О. Новые азотсодержащие аустенитные нержавеющие стали с высокими прочностью и пластичностью // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. № 11. С. 9–13.
14. Мушникова С. Ю., Сагарадзе В. В., Филиппов Ю. И., Катаева Н. В., Завалишин В. А. и др. Сравнительный анализ коррозионного растрескивания аустенитных сталей с разным содержанием азота в хлоридных и водородсодержащих средах // Физика металлов и металловедение. 2015. Т. 116. С. 663–672.
15. Kivisäkk U. Influence of hydrogen on corrosion and stress induced cracking of stainless steel // Doctoral thesis, Royal Institute of Technology KTH, Sandviken, Sweden, 2010.
16. Speidel М. О. Nitrogen Containing Austenitic Stainless Steels // Matwiss. u. Werkstoiftech. 2006. Vol. 37. No. 10. P. 875–880.
17. Klapper H. S., Stevens J. Influence of Alloying Elements on the Pitting Corrosion Resistance of CrMn-Stainless Steels in Simulated Drilling Environments // in NACE — International Corrosion Conference Series, 2015.
18. Шабалов И. П., Шлямнев А. П., Щукина Л. Е. Структура, механические свойства и коррозионная стойкость нержавеющих сталей с азотом // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2016. № 1. С. 41–47.
19. ГОСТ 10243–75 (СТ СЭВ 2837–81). Сталь. Методы испытаний и оценки макроструктуры (с Изм. № 1). — Введ. 01.01.1978.
20. ГОСТ 3118–77. Реактивы. Кислота соляная. Технические условия. — Введ. 01.01.1979.
21. ГОСТ 4461–77. Реактивы. Кислота азотная. Технические условия. — Введ. 01.01.1979.
22. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986.
23. ГОСТ 9651–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение при повышенных температурах. — Введ. 01.01.1986.
24. ГОСТ 9454–78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. — Введ. 01.01.1979.
25. ГОСТ 6032–2017. Стали и сплавы коррозионно-стойкие. Методы испытаний на стойкость против межкристаллитной коррозии. — Введ. 01.08.2018.
26. Адаскин А. М., Седов Ю. Е., Онегина А. К., Климов В. Н. Материаловедение в машиностроении. — М. : Юрайт, 2015. — 331 с.