CC BY
39
УДК 539:[669.15-194. 55/.57:669.6]
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-862-864
ВЛИЯНИЕ ХЛОРИДСОДЕРЖАЩЕЙ КОРРОЗИОННОЙ СРЕДЫ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АУСТЕНИТНЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ С АЗОТОМ
© А.Н. Ананьин, В.В. Березовская
Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Российская Федерация, e-mail: [email protected]
Проведено исследование влияния водного раствора 3,5°%-№С1 на механические свойства 12 марок промышленных Сг-№-, Сг-№-Мп- и Сг-Мп-аустенитных сталей, легированных азотом. Выявлено положительное влияние азота на прочность сталей, которое несколько ослабляется в коррозионной среде из -за эффекта коррозионного растрескивания. Показано, что наиболее высокий комплекс свойств показала хромоникельмарганцовая сталь 03Х17Н4Г7 с микродобавками азота, прочность которой не менялась при переходе от испытаний на воздухе к испытаниям в коррозионной среде, разрушение при этом оставалось вязким ямочным.
Ключевые слова: аустенитные коррозионностойкие стали; азот; испытания при одноосном растяжении; коррозионное растрескивание.
Аустенитные хромоникелевые стали, как известно, обнаруживают склонность к коррозионному растрескиванию при одновременном воздействии на сталь растягивающих напряжений и коррозионной среды [13]. Известно также, что легирование аустенитных нержавеющих сталей азотом повышает их сопротивление локальным видам коррозии таким, как питтинговая и щелевая [4-8]. В этом случае можно предположить, что будет повышаться и сопротивление коррозионному растрескиванию сталей данного класса.
Цель работы - исследование влияния хлоридсо-держащей коррозионной среды на механические свойства Сг-№- и Сг-Мп-аустенитных сталей разного состава, дополнительно легированных азотом.
В качестве материала исследования использовали листовой прокат промышленных аустенитных сталей (табл. 1), закаленных от 1050 °С.
Таблица 1
Химический состав сталей
y«>iwrin uv a,t) ми мп lu ftti ш до tw
Ц япмш (им LH ua am IM IVH LN mi ].M uilt
U ■ I...I IWJJI 001% SJD LI* ОЛШ MB i« a tai ш цм ojn
■ М11МД пли CM ДН ДШ МОИ |((И UM IVДМ 0ДМ
Ut/iiiMiu нл/i я и f w iu№ iim №ii im in* i,n uw
Испытания плоских образцов на растяжение проводили на воздухе и в 3,5 %-растворе NaCl с использованием испытательной машины Tinius Olsen с максимальным усилием 50 кН и программного обеспечения Horizon. Скорость деформации при испытаниях составляла 2,5-10-3 с-1; контакт коррозионной среды с поверхностью образца осуществлялся капельным путем через микрофибровую манжету. Рентгенострук-турный фазовый анализ проводили на дифрактометре SHIMADZU XRD-7000, фрактографические исследования - на растровом электронном микроскопе TESCAN.
Все исследованные стали, содержащие только ау-стенит, по виду кривой растяжения разделились на две группы, имеющие вид как у стали 04Х18Н8ГД (рис. 1) и как у стали 08Х15Г10Д2 (рис. 2). К первой группе относились также стали 02Х16Н10ГМ2, 04Х18Н8ГД, 05Х16Н4Г6Д2, 03Х17Н4Г7 и 07Х16Н4Г8Д2. В ней все стали, кроме 03Х17Н4Г7, содержали менее 0,100 % азота, в то время как в остальных сталях содержание азота составляло от 0,130 до 0,170 %.
О 10 20 » « so
е.%
Рис. 1. Кривые растяжения стали 04Х18Н8ГД: В - испытание на воздухе; КС - испытание в коррозионной среде
2016. Т. 21, вып. 3. Физика
N,4
Рис. 2. Кривые растяжения стали 08Х15Г10Д2: В - испытание Рис- 4- Влияние азота на предел прочности на воздухе; КС - испытание в коррозионной среде
Рис. 3. Фрактограммы стали 08Х15Г10Д2, полученная после испытания на воздухе (а) и в среде ЫаС1 3,5 % (б)
Рис. 5. Влияние азота на предел текучести
Cr-Mn-стали с большим содержанием азота (0,1300,170 %) показали более высокую прочность по сравнению с Сг-№-сталями, однако в коррозионной среде они заметно охрупчивались. Например, коррозионная среда вызвала резкое снижение пластичности (с 40 до 20 %) и прочности (с 1000 до 750 МПа) у стали 08Х15Г10Д2 (0,163 % Ы). Испытание в коррозионной среде привело к появлению в изломе фасеток внутри-кристаллитного хрупкого скола в отличие от вязкого ямочного разрушения на воздухе (рис. 3).
Показано, что Cr-Mn-стали с небольшим содержанием азота (0,130-0,170 %) имеют более высокую прочность и пластичность по сравнению с Сг-№-сталями, однако в коррозионной среде они охрупчива-ются сильнее. Наиболее высокий комплекс свойств показала Cr-Ni-Mn-сталь 03Х17Н4Г7 с микродобавками азота, прочность которой практически не меняется при переходе от испытаний на воздухе к испытаниям в коррозионной среде. Фрактографически это проявляется в том, что характер разрушения стали на воздухе и в среде одинаково остается вязким ямочным. В исследованном интервале концентраций углерод оказывает незначительное влияние, в большей степени на свойства влияет азот: повышает прочность сталей как на воздухе, так и в коррозионной среде.
Анализ влияния азота на прочность исследованных сталей показал, что азот повышает предел прочности (рис. 4) в среднем на 25, а условный предел текучести (рис. 5) - на 20 %. При этом в коррозионной среде прочностные свойства оказываются более низкими, что связано с проявлением эффекта коррозионного растрескивания сталей [2].
В целом можно отметить, что положительное влияние азота на прочность аустенитных нержавеющих сталей заметнее на воздухе, а в коррозионной среде она ослабляется из-за разупрочняющего влияния коррозионной среды вследствие эффекта коррозионного растрескивания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Логан Х.Л. Коррозия металлов под напряжением. М.: Металлургия, 1970. 340 с.
2. Погодин В.П., Богоявленский В.Л., Сентюрев В.П. Межкристал-литная коррозия и коррозионное растрескивание нержавеющих сталей в водных средах. М.: Атомиздат, 1970. 421 с.
3. Василенко И.И., Мелехов Р.К. Коррозионное растрескивание сталей. Киев: Наукова думка, 1977. 265 с.
4. Mudali U.K., Ningshen S., Baldev R. Passive Films and localized corrosion - role of nitrogen // Proceedings of 10th International Conference on High Nitrogen Steels. Moscow: MISiS, 2009. P. 271-280.
5. Heon Y.H., Hyuk S.K. Effects of C^N on pitting corrosion of high nitrogen stainless steels // Electrochimica Acta. 2007. Vol. 52. P. 2175-2180.
6. Wang M., Liu X., Wu S., Wang Y. Study of Corrosion Resistance on 316LN Austenitic Stainless Steels // Proceedings of 10th International Conference on High Nitrogen Steels. Moscow: MISiS, 2009. P. 281-286.
7. Mudali U.K., Dayal R.K. Influence of nitrogen addition on the crevice corrosion resistance of nitrogen-bearing austenitic stainless steels // J. Mater Sci. 2000. Vol. 35 (7). Р. 1799-1803.
8. Pujar M.G., Kamachi M.U. Sudhansu Sekhar Singh. Electrochemical noise studies of the effect of nitrogen on pitting corrosion resistance of high nitrogen austenitic stainless steels // Corrosion Science. 2011. Vol. 53. Р. 4178-4186.
БЛАГОДАРНОСТИ: Часть исследований проведена с использованием оборудования Института машиноведения УрО РАН.
Поступила в редакцию 10 апреля 2016 г.
UDC 539: [669.15-194. 55/.57:669.6] DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-862-864
EFFECT OF CHLORIDE CONTAINING CORROSION ENVIRONMENT ON MECHANICAL PROPERTIES OF AUSTENITIC STAINLESS STEELS WITH NITROGEN
© A.N. Ananin, V.V. Berezovskaya
Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin, Yekaterinburg, Russian Federation, e-mail: [email protected]
The effect of an aqueous solution of 3.5%NaCl on the mechanical properties of 12 grades of commercial Cr-Ni, Cr-Ni-Mn and Cr-Mn austenitic steels alloyed with nitrogen is considered. A positive influence of nitrogen on the strength of steel, which is somewhat weakened in a corrosive environment due to stress corrosion cracking effect. It is shown that the highest range of properties showed 03Ch17N4G7 steel with microaddings of nitrogen whose strength did not change during the transition from test in the air to test in a corrosive environment, the fracture of the steel remained ductile.
Key words: austenitic stainless steels; nitrogen; tests under uniaxial tension; corrosion cracking.
REFERENCES
1. Logan Kh.L. Korroziya metallovpod napryazheniem. Moscow, Metallurgy Publ., 1970. 340 p.
2. Pogodin V.P., Bogoyavlenskiy V.L., Sentyurev V.P. Mezhkristallitnaya korroziya i korrozionnoe rastreskivanie nerzhaveyushchikh staley v vodnykh sredakh. Moscow, Atomizdat Publ., 1970. 421 p.
3. Vasilenko I.I., Melekhov R.K. Korrozionnoe rastreskivanie staley. Kiev: Naukova dumka, 1977. 265 p.
4. Mudali U.K., Ningshen S., Baldev R. Passive Films and localized corrosion — role of nitrogen, in Proceedings of 10th International Conference on High Nitrogen Steels. Moscow, MISiS, 2009, pp. 271-280.
5. Heon Y.H., Hyuk S.K. Effects of Cr2N on pitting corrosion of high nitrogen stainless steels. Electrochimica Acta. 2007, vol. 52, pp. 2175-2180.
6. Wang M., Liu X., Wu S., Wang Y. Study of Corrosion Resistance on 316LN Austenitic Stainless Steels. Proceedings of 10th International Conference on High Nitrogen Steels, Moscow, MISiS, 2009, pp. 281-286.
7. Mudali U.K., Dayal R.K. Influence of nitrogen addition on the crevice corrosion resistance of nitrogen-bearing austenitic stainless steels. J. Mater Sci, 2000, vol. 35 (7), pp. 1799-1803.
8. Pujar M.G., Kamachi M.U. Sudhansu Sekhar Singh. Electrochemical noise studies of the effect of nitrogen on pitting corrosion resistance of high nitrogen austenitic stainless steels. Corrosion Science, 2011, vol. 53, pp. 4178-4186.
GRATITUDE: The part of research is carried out with the use of Institute of Science of Machines of UrB RAS equipment.
Received 10 April 2016
Ананьин Алексей Николаевич, Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Российская Федерация, аспирант, e-mail: [email protected]
Ananin Aleksey Nikolaevich, Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin, Yekaterinburg, Russian Federation, Post-graduate Student, e-mail: [email protected]
Березовская Вера Владимировна, Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Российская Федерация, доктор технических наук, профессор, e-mail: [email protected]
Berezovskaya Vera Vladimirovna, Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin, Ekaterinburg, Russian Federation, Doctor of Technics, Professor, e-mail: [email protected]
