Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА НАВОДОРОЖИВАНИЯ НА ДЕФОРМАЦИОННОЕ УПРОЧНЕНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ВЫСОКОАЗОТИСТОЙ СТАЛИ

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-4-75-82

Полный текст:

Аннотация

Аустенитные высокоазотистые стали имеют перспективу широкого применения в качестве конструкционных материалов, в том числе в водородной энергетике. Высокоазотистые нержавеющие стали обладают повышенными прочностными свойствами, запасом пластичности, а также являются устойчивыми к локализованной коррозии. Несмотря на возрастающий интерес исследователей к проблемам водородного охрупчивания материалов, малоизученной областью является совместное воздействие водорода и азота на свойства аустенитных сталей. В данной работе было исследовано влияние режима электролитического насыщения водородом (продолжительностью до 43 ч) на деформационное упрочнение и механизмы деформации и разрушения при одноосном растяжении высокоазотистой нержавеющей стали Fe-17Cr-24Mn-1,3V-0,2C-0,8N. Установлено, что насыщение водородом слабо влияет на стадийность кривых течения и значения предела прочности, при этом способствует слабому снижению предела текучести и существенному уменьшению удлинения до разрушения в стали. При этом даже после 43 ч наводороживания сталь по-прежнему имеет хороший запас пластичности (δ=11 %) и высокие прочностные свойства (σ0,2=1190 МПа). Характер разрушения аустенитной стали в исходном состоянии и после насыщения водородом по разным режимам – вязкий транскристаллитный излом. На поверхности образцов высокоазотистой стали в результате наводороживания образуется хрупкий слой толщиной 3-5 мкм, который разрушается по механизму квазискола и обеспечивает интенсивное растрескивание боковых поверхностей образцов при деформации. После электролитического насыщения водородом продолжительностью 37 и 43 ч одним из основных механизмов деформации исследуемой стали при растяжении, наряду со скольжением, выступает механическое двойникование. Наводороживание способствует усилению вклада в деформацию от механического двойникования, сопровождается микролокализацией сдвига и активизацией γ→α мартенситного превращения.

Об авторах

Валентина Александровна Москвина
Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск
Россия

магистрант, инженер



Елена Геннадьевна Астафурова
Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Томск
Россия

доктор физико-математических наук, доцент, ведущий научный сотрудник



Галина Геннадьевна Майер
Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Томск
Россия

кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник



Евгений Васильевич Мельников
Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Томск
Россия

младший научный сотрудник



Нина Константиновна Гальченко
Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, Томск
Россия

кандидат технических наук, старший научный сотрудник



Список литературы

1. Phaniraj M.P., Kim H.J., Suh J.Y., Shim J.H., Park S.J., Lee T.H. Hydrogen embrittlement in high interstitial alloyed 18Cr–10Mn austenitic stainless steels // International Journal of Hydrogen Energy. 2015. Vol. 40. № 39. P. 13635–13642.

2. Rozenak P. Effect of nitrogen on hydrogen embrittlement in AISI type 316, 321 and 347 austenitic stainless steels // Journal of Materials Science. 1990. Vol. 25. P. 2532–2538.

3. Zhang L., Li Z.Y., Zheng J.Y., Zhao Y., Xu P., Zhou C., Li X. Effect of strain-induced martensite on hydrogen embrittlement of austenitic stainless steels investigated by combined tension and hydrogen release methods // International Journal of Hydrogen Energy. 2013. Vol. 38. № 19. P. 8208–8214.

4. Eliezer D., Chakrapani D.G., Altstetter C.J., Pugh E.N. Influence of austenite stability on the hydrogen embrittlement and stress-corrosion cracking of stainless-steel // Metallurgical Transactions A. 1979. Vol. 10. № 7. P. 935–941.

5. Gavriljuk V.G., Berns H. High Interstitial Stainless Austenitic Steels. Berlin: Springer Verlag Publ., 2013. 170 p.

6. Bannykh O.A., Blinov V.M., Kostina M.V. Structure and properties of low-alloy high-nitrogen martensitic steels // Metal Science and Heat Treatment. 2003. Vol. 12. № 1-2. P. 43–48.

7. Gavrilyuk V.G., Berns H. High nitrogen steel. Berlin: Springer Verlag Publ., 1999. 379 p.

8. Shehata M.F., Schwarz S., Engelmann H.J., Uhlemann M. Influence of hydrogen on mechanical properties of nitrogen supersaturated austenitic stainless steel // Materials Science Technology. 1997. Vol. 13. № 12. P. 1016–1022.

9. Igata N., Fujida T., Yumoto H. Decrease of ductility due to hydrogen in Fe-Cr-Mn austenitic steel // Journal of Nuclear Materials. 1991. Vol. 179–181. № Part 1. P. 656–658.

10. Uhlemann M., Chatterjee U.K., Ningshen S., Klauss H.J., Schneider F. Studies on hydrogen embrittlement of nitrogen containing austenitic alloys // Materials Science and Technology. 2002. Vol. 18. № 10. P. 1179–1187.

11. San Marchi C., Balch D.K., Nibur K., Somerday B.P. Effect of high-pressure hydrogen gas on fracture of austenitic steels // Journal of Pressure Vessel Technology, Transactions of the ASME. 2008. Vol. 130. № 4. P. 0414011–0414019.

12. Michler T., Naumann J. Hydrogen embrittlement of Cr-Mn-N-austenitic stainless steels // International Journal of Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35. № 3. P. 1485–1492.

13. Williams D.B., Carter C.B. Transmission Electron Microscopy. USA: Springer, 2009. 832 p.

14. Abracham D.P., Altstetter C.J. The effect of hydrogen on the yield and flow stress of an austenitic stainless steel // Metallurgical and Materials Transactions A. 1995. Vol. 26. № 11. P. 2849–2858.

15. Abracham D.P., Altstetter C.J. Hydrogen-enhanced localization of plasticity in an austenitic stainless steel // Metallurgical and Materials Transactions A. 1995. Vol. 26. № 11. P. 2859–2871.

16. Gavrilyuk V.G., Shivanyuk V.N., Shanina B.D. Change in the electron structure caused by C, N and H atoms in iron and its effect on their interaction with dislocation // Acta Materialia. 2005. Vol. 53. № 19. P. 5017–5024.

17. Бэкофен В. Процессы деформации. М.: Металлургия, 1977. 288 с.

18. Chumlyakov Yu.I., Kireeva I.V., Korotaev A.D., Litvinova E.I., Zuev Yu.L. Mechanisms of plastic deformation, hardening, and fracture in single crystals of nitrogen containing austenitic stainless steels // Russian Physics Journal. 1996. Vol. 39. № 3. P. 189–210.

19. Robertson I.M. The effect of hydrogen on dislocation dynamics // Engineering Fracture Mechanics. 2001. Vol. 68. № 6. P. 671–92.

20. Birnbaum H.K., Sofronis P. Hydrogen-enhanced localized plasticity–a mechanism for hydrogen-related fracture // Materials Science and Engineering A. 1994. Vol. 176. № 1-2. P. 191–202.

21. Park I.J., Lee S.M., Jeon H.H., Lee Y.-K. The advantage of grain refinement in the hydrogen embrittlement of Fe-18Mn-0.6C twinning-induced plasticity steel // Corrosion Science. 2015. Vol. 93. P. 63–69.

22. Zan N., Ding H., Guo X.F., Tang Z., Bleck W. Effects of grain size on hydrogen embrittlement in a Fe-22Mn-0.6C TWIP steel // International Journal of Hydrogen Energy. 2015. Vol. 40. № 33. P. 10687–10696.

23. Mine Y., Tachibana K., Horita Z. Effect of high-pressure torsion processing and annealing on hydrogen embrittlement of type 304 metastable austenitic stainless steel // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 2010. Vol. 41. № 12. P. 3110–3120.


Рецензия

Для цитирования:


Москвина В.А., Астафурова Е.Г., Майер Г.Г., Мельников Е.В., Гальченко Н.К. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА НАВОДОРОЖИВАНИЯ НА ДЕФОРМАЦИОННОЕ УПРОЧНЕНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ВЫСОКОАЗОТИСТОЙ СТАЛИ. Вектор науки Тольяттинского государственного университета . 2017;(4):75-82. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-4-75-82

For citation:


Moskvina V.A., Astafurova E.G., Mayer G.G., Melnikov E.V., Galchenko N.K. THE INFLUENCE OF HYDROGEN-CHARGING REGIME ON THE STRAIN HARDENING AND FRACTURE MECHANISM OF HIGH-NITROGEN STEEL. Science Vector of Togliatti State University . 2017;(4):75-82. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-4-75-82

Просмотров: 19


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)