Сопротивление межкристаллитной коррозии субмикрокристаллической аустенитной нержавеющей стали, подвергнутой интенсивной пластической деформации

УДК 669; 539.3

СОПРОТИВЛЕНИЕ МЕЖКРИСТАЛЛИТНОИ КОРРОЗИИ СУБМИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ аустенитноЙ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ стали, ПОДВЕРГНУТОЙ интенсивной пластической деформации

© Ю.В. Сорокопудова, М.С. Тихонова, А.Н. Беляков

Ключевые слова: аустенитная нержавеющая сталь; интенсивная пластическая деформация; межкристаллитная коррозия.

Исследованы коррозионные свойства образцов стали S304H, после интенсивной пластической деформации при различных температурах. Оценено влияние температуры ИПД и структурных элементов на сопротивление меж-кристаллитной коррозии.

Одним из наиболее востребованных классов сталей являются нержавеющие аустенитные стали. Однако их применение как конструкционного материала в значительной мере ограничивается низкой прочностью Проблему повышения прочности аустенитных сталей можно решить за счет уменьшения размера структурных элементов, зерен и субзерен [1]. Одним из наиболее эффективных способов получения субмикрокристал-лической структуры в сталях и сплавах является интенсивная пластическая деформация (ИПД). Однако при подборе режима ИПД для увеличения прочностных свойств, необходимо учитывать два параметра влияющие на коррозионные свойства стали. Во-первых, чем выше плотность границ и дислокаций, тем ниже сопротивление межкристаллитной коррозии. Во-вторых, выделение частиц, обогащенных хромом при температуре ИПД, так же пагубно может отразиться на коррозионных свойствах. Целью данной работы является исследование влияния температуры ИПД и структурных параметров на сопротивление межкристаллитной коррозии аустенитной нержавеющей стали S304H.

Материалом исследования была аустенитная нержавеющая сталь S304H следующего химического состава: основа Fe - 0,10 % C - 18,2 % Cr - 7,85 % Ni -3 % Cu - 0,50 % Nb - 0,008 % B - 0,12 % N - 0,95 % Mn - 0,10 % Si. Образцы аустенитной стали после закалки (1100 °С, 30 мин., в воду) подвергались ИПД методом всесторонней ковки. Метод заключался в многократной ковке осадкой при температурах 20, 500, 600, 700, 800 °С с поворотом образца на 90° при каждой осадке и истинной степенью деформации 0,4. Суммарная истинная степень деформации составила 4. Испытание стойкость стали S304H к межкристаллитной коррозии (МКК). проводилось по методике согласно ГОСТ 9.914-91. Расчет плотности тока производился в программе IPC-Compact-M. Образцы стали S304H после испытаний на устойчивость к межкристаллитной коррозии исследовали с помощью растрового ионноэлектронного микроскопа Quanta 200 3D.

ИПД при различных температурах приводит к формированию ультрамелкозернистой структуры в стали S304H [2]. Причем средний размер зерен уменьшается с уменьшением температуры деформации рис.

1. Оценка коэффициента реактивации показывает склонность аустенитной нержавеющей стали к МКК рис. 2.

Температура ИПД, °С

Рис. 1. Зависимость размера зерна от температуры ИПД для стали S304H

20 500 600 700 800

Температура И11Д, °С

Рис. 2. Зависимость коэффициента реактивации от температуры ИПД стали S304H

Так, при температурах ИПД 20 и 800 °С коэффициент реактивации не превышает значения 0,11 - это свидетельствует о стойкости стали против МКК. Об этом же свидетельствуют поверхности данных образцов

1988

стали после испытаний на сопротивление МКК, представленные на рис. 3. При температурах ИПД 500-700 °С коэффициент реактивации выше требуемого предела (0,11). Так же необходимо отметить пик коррозионной активности при температуре ИПД 600 °С, где коэффициент реактивации почти в 9 раз больше требуемого значения. Поверхность образца подвергнутого ИПД при температуре 600 °С после испытаний на сопротивление МКК сильно повреждена коррозией рис. 4.

Рис. 3. Поверхность стали S304H после испытаний на сопротивление МКК: а) ИПД при 20 °С; б) ИПД при 800 °С

Таблица 1

Расчет объемной доли частиц Cr23C6 при различных температурах в стали S304H в программе Thermo-Calc

Температура, “С 20 500 600 700 800

Объемная доля Cr23C6 0 0,0198 0,02 0,0198 0,018

Коррозионное поведение аустенитной нержавеющей стали S304H не коррелирует со структурными параметрами исследуемых состояний материала. Влияние размера структурных элементов на коррозионные свойства незначительны.

Известно, что для стали S304H нагрев в диапазоне температур 450-700 °С приводит к выделению частиц Cr23C6. Расчет объемной доли карбида хрома для стали

S304H в программе Thermo-Calc представлен в табл. 1. Пик выделения карбида хрома соответствует температуре б00 “С. Именно обеднение границ зерен хромом приводит к низкому сопротивлению МКК при данных температурах.

Рис. 4. Поверхность стали S304H после ИПД при б00 “С и испытаний на сопротивление МКК

Таким образом, в работе было исследовано влияние структурных параметров и температуры ИПД стали S304H на сопротивление МКК. Было выявлено, что сопротивление МКК не зависит от параметров структуры. Значительное влияние на коррозионное свойства стали S304H оказывает выделение карбидов хрома при температурах 500-700 “С.

ЛИТЕРАТУРА

1. ValievR.Z. andLangdon T.G. The art and science of tailoring materials by nanostructuring for advanced properties using SPD techniques // Adv. Eng. Mater. 2010. V. 12. P. 677-691.

2. Tikhonova M., Belyakov A., Kaibyshev R. Strain-induced grain evolution in an austenitic stainless steel under warm multiple forging // Materials Science and Engineering A. 2013. V. 564. Р. 413-422.

БЛАГОДАРНОСТИ:

1. Исследования проведены с использованием оборудования Центра коллективного пользования научным оборудованием НИУ «БелГУ» «Диагностика структуры и свойств наноматериалов».

2. Работа выполнена в рамках проекта РФФИ № 11 -08-31115.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Sorokopudova Y.V., Tikhonova M.S., Belyakov A.N. INTER-GRANULAR CORROSION OF A SUBMICROCRYSTALLINE AUSTENITIC STAINLESS STEEL SUBJECTED TO SEVERE PLASTIC DEFORMATION

The corrosion properties of the Super 304H steel samples, subjected to severe plastic deformation at different temperatures are investigated. The influences of processing temperature and grain/subgrain size on the resistance to inter-granular corrosion are evaluated.

Key words: austenitic stainless steel; severe plastic deformation; inter-granular corrosion.

1989