Высокоазотистая сталь 23Cr9Мn1N, полученная алюминотермией под давлением азота: структура и механические свойства

И.В. Сапегина1, Г.А. Дорофеев1, М.И. Мокрушина1, Б.Е. Пушкарев1, В.И. Ладьянов1
1ФГБУН Физико-технический институт УрО РАН, 426000, Россия, г. Ижевск, ул. Кирова, 132.
Аннотация
Высокоазотистые стали являются перспективными материалами, обладающими сочетанием высоких свойств прочности, пластичности и коррозионной стойкости. Однако для производства высокоазотистой стали методами металлургии под высоким давлением азота требуется энергоемкое и сложное оборудование. С точки зрения энергосбережения альтернативным и более привлекательным является метод алюминотермии, восстановления оксидов металлов металлическим алюминием. Высокотемпературный процесс синтеза при этом протекает за счет химической энергии экзотермической окислительно-восстановительной реакции. В работе исследованы микроструктура и механические свойства высокоазотистой стали 23Cr9Мn1N (мас.%), полученной алюминотермическим методом СВС-металлургии под давлением азота с использованием термодинамического моделирования. Насыщение расплава азотом происходило одновременно из газовой фазы и с помощью нитридов хрома в составе шихты. В литом состоянии стали формируется феррито-аустенитная структура с признаками прерывистого распада аустенита с выделением Cr2N. Средний размер зерна стали около 16 мкм. Ковка при T = 1150-1170°C литой стали приводит к измельчению структуры и увеличению доли аустенита в стали. После термообработки кованого образца (закалка в воду от 1200°C) наблюдается единственная фаза – аустенит. Выполнен анализ изменения параметра ГЦК решетки аустенита в процессе эволюции структуры при горячей пластической деформации и термообработке. Исследование механических свойств показало сочетание высоких значений прочности и пластичности стали после закалки. Сделан вывод, что методом алюминотермии может быть получена высокоазотистая сталь по механическим свойствам не уступающая сталям, полученным электрошлаковым переплавом под давлением азота.
Получена: 16 марта 2017   Исправлена: 12 апреля 2017   Принята: 19 апреля 2017
Просмотры: 30   Загрузки: 11
Ссылки
1.
J. W. Simmons. Mater. Sci. Engin. A 207 (2), 159 – 169 (1996). Doi: http://dx.doi.org / 10.1016 / 0921 – 5093 (95) 09991 – 3
2.
M. O. Speidel. Metal Sci. Heat Treat. 47 (11), 489 – 493 (2005). (in Russian) [М. О. Шпайдель. МиТОМ. 11, 9 – 14 (2005).] Doi: 10.1007 / s11041‑006‑0017‑y.
3.
V. V. Berezovskaya, M. V. Kostina, E. V. Blinov, I. O. Bannykh, V. E. Bobrova, V. P. Mel’nik. Russian Metallurgy (Metally). 2008 (1), 29 – 33 (2008). (in Russian) [В. В. Березовская, М. В. Костина, Е. В. Блинов, И. О. Банных, В. Е. Боброва, В. П. Мельник. Металлы. 2008 (1), 36 – 41 (2008).] Doi: 10.1134 / S0036029508010060.
4.
V. G. Gavriljuk, H. Berns. High nitrogen steel: structure, properties, manufacture, applications, Springer-Verlag Berlin Heidelberg (1999) 378 p. Doi: 10.1007 / 978‑3‑662‑03760‑7
5.
K. Yang, Y. Ren. Sci. Technol. Adv. Mater. 11 (1), 014105 – 014118 (2010). Doi: 10.1088 / 1468 – 996 / 11 / 1 / 014105
6.
T. V. Rashev. High nitrogen steels. Metallurgy under pressure, Sofia, Bulgarian Academy of Sciences (1995) 268 p. (in Russian) [Ц. В. Рашев. Высокоазотистые стали. Металлургия под давлением, София, БАН, 1995. 268 с.]
7.
N. P. Lyakishev, Yu. L. Pliner, G. F. Ignatenko, S. I. Lappo. Aluminothermy, Metallurgiya, Moscow (1988) 424 p. (in Russian) [Н. П. Лякишев, Ю. Л. Плинер, Г. Ф. Игнатенко, С. И. Лаппо. Алюминотермия, М.: Металлургия (1988) 424 с.]
8.
G. A. Dorofeev, V. A. Karev, E. V. Kuzminykh, V. I. Lad’yanov, A. N. Lubnin, A. S. Vaulin, M. I. Mokrushina. Russian Metallurgy (Metally). 2013 (1), 1 – 10 (2013). (in Russian) [Г. А. Дорофеев, В. А. Карев, Е. В. Кузьминых, В. И. Ладьянов, А. Н. Лубнин, А. С. Ваулин М. И. Мокрушина. Металлы. 2013 (1), 3 – 14 (2013).] Doi: 10.1134 / S0036029513010047.
9.
G. Balachandran, M. L. Bhatia, N. B. Ballal, P. Krishna Rao. ISIJ Intern. 41 (9), 1018 – 1027 (2001). Doi: http://doi.org / 10.2355 / isijinternational.41.1018
10.
Patent RF № 2446215, 27.03.2012. (in Russian) [Патент РФ № 2446215, 27.03.2012].
11.
P. A. Carvalho, I. F. Machado, G. Solorzano, A. F. Padilha. Phil. Magaz. 88 (2), 229 – 242 (2008). Doi: 10.1080 / 14786430701805590
12.
N. C. S. Srinivas, V. V. Kutumbarao. Scr. Mater. 37 (3), 285 – 291 (1997). Doi: http://dx.doi.org / 10.1016 / S1359–6462 (97) 00112 – 7
13.
http://www.energietechnik-essen.de / de / produkte /stickstoffstaehle / druckaufgestickte-austenite.html.