Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:

Л. М. Капуткина, главный научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением, профессор, докт. физ.-мат. наук, эл. почта: kaputkina@mail.ru
И. В. Смарыгина, доцент, канд. техн. наук
В. Э. Киндоп, зам. начальника управления науки, старший научный сотрудник, канд. техн. наук

Московский государственный технический университет гражданской авиации, Москва, Россия:

Д. Е. Капуткин, профессор кафедры физики, докт. техн. наук, доцент

Исследованы структура и свойства сварных соединений разработанных азотсодержащих хромоникельмарганцо-вистых аустенитных сталей 10Х19Г10Н6АМ2 и 09Х19Г10Н6АМ2Д2 и хромоникелевой стали 04Х18АН9 лабораторной выплавки. Новые стали за счет выбора состава и параметров деформационно-термической обработки являются стабильными аустенитными высокопрочными коррозионностойкими сталями. Сварные соединения выполнены лазерной сваркой темплетов, вырезанных из горячекатаных по схеме ТМО листов толщиной 3 и 4 мм (предварительным компьютерным моделированием выявлено, что для получения качественных сварных соединений листов толщиной более 4 мм желателен предварительный подогрев участка сварки). Изучены микроструктура, период решетки, ширина рентгеновских дифракционных линий и фазовый состав, микротвердость, временное сопротивление, пластичность при статическом изгибе и коррозионная стойкость (к межкристаллитной, питтинговой и общей коррозии в различных средах) сварных соединений и основного металла, в том числе после циклического термического воздействия 1000 циклов в интервале температур от –163 C до +20 C. Показано, что сварные соединения исследованных сталей не имеют несплошностей, зона сварного шва по микроструктуре в среднем составляет 500–1500 мкм, явно выраженной зоны термического влияния структурно не выявлено. Сварные соединения сохраняют аустенитную структуру. Прочность сварных соединений мало отличается от свойств основного металла, при изгибе образцов со сварным соединением на 180 град. видимых трещин не обнаружено. Показатели стойкости сталей 10Х19Г10Н6АМ2 и 09Х19Г10Н6АМ2Д2 к общей коррозии в морской воде (3 % NaCl) и в кислой среде (0,5М H₂SO₄, в том числе при продувке H₂S), питтинговой и межкристаллитной коррозии в стандартных средах также близки у сварных швов и основного металла. Структура, фазовый состав, твердость и коррозионная стойкость сварных соединений сталей 10Х19Г10Н6АМ2 и 09Х19Г10Н6АМ2Д2 сохранились и после термоциклирования.

1. Speidel M. O. Nitrogen Containing Austenitic Stainless Steels // Mat-wiss. u. Werkstoiftech. 2006. Vol. 37, Iss. 10. P. 875–880.
2. Berns H., Gavriljuk V., Riedner S. High interstitial stainless austenitic steels. — Berlin : Springer, 2013. — 169 p.
3. Науменко В. В., Шлямнев А. П., Филиппов Г. А. Азот в аустенитных нержавеющих сталях различных систем легирования // Металлург. 2011. № 6. С. 46–53.
4. Горынин И. В., Малышевский В. А., Калинин Г. Ю., Мушникова С. Ю., Банных О. А., Блинов В. М., Костина М. В. Коррозионно-стойкие высокопрочные азотистые стали // Вопросы материаловедения. 2009. № 3 (59). С. 7–16.
5. Saenarjhan N., Kang J.-H., Kim S.-J. Effects of carbon and nitrogen on austenite stability and tensile deformation behavior of 15Cr-15Mn-4Ni based austenitic stainless steels // Materials Science and Engineering A.
2019. Vol. 742. P. 608–616.
6. Herrera C., Seifert M., Niederhofer P. Development of a new high interstitial non-magnetic stainless steel for oil and gas applications // NACE – International Corrosion Conference Series. 2020. Vol. 2020. 162081.
7. Baba H., Kodama T., Katada Y. Role of nitrogen the corrosion behavior of austenitic stainless steels // Corrosion Science. 2002. Vol. 44. P. 2393–2407.
8. Мушникова С. Ю., Легостаев Ю. Л., Харьков А. А., Петров С. Н., Калинин Г. Ю. Исследование влияния азота на стойкость к питтинговой коррозии аустенитных сталей // Вопросы материаловедения. 2004. № 2(38). С. 126–135.
9. Poonguzhali A., Pujar M. G., Mudali U. K. Effect of nitrogen and sensitization on the microstructure and pitting corrosion behavior of AISI type 316LN stainless steels // Journal of Materials Engineering and Performance. 2013. Vol. 22, Iss. 4. P. 1170–1178.
10. Kernion S. J., Werley T. N. A comparison of corrosion resistant, high N austenitic stainless steels // NACE – International Corrosion Conference Series. 2017. Vol. 4. P. 2713–2721.
11. Шиганов И. Н., Курынцев С. В. Современные тенденции лазерной сварки (Обзор. Часть 1) // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2015. № 6. С. 35–42.
12. Игнатов А. Г. Лазерная сварка: история, состояние и перспективы // Ритм машиностроения. 2019. № 8. С. 24–36.
13. Игнатов А. Г., Криворотов В. И., Миргородский В. А. Лазерные сварные соединения из коррозионно-стойких сталей // Фотоника. 2010. № 2. С. 18–21.
14. Григорьянц А. Г., Мисюров А. И., Шиганов И. Н., Пересторонин А. В. Свойства лазерных сварных соединений криогенной аустенитной азотосодержащей стали // Сварочное производство. 2020. № 7. С. 22–27.
15. Woo I., Kikuchi Y. Weldability of high nitrogen stainless steel // ISIJ International. 2002. Vol. 42, Iss. 12. P. 1334–1343.
16. Mohammed R., Madhusudhan Reddy G., Srinivasa Rao K. Welding of nickel free high nitrogen stainless steel: Microstructure and mechanical properties // Defence Technology. 2017. Vol. 13, Iss. 2. P. 59–71.
17. Cheng M., He P., Lei L., Tan X., Wang X., Sun Y. Li J., Jiang Y. Comparative studies on microstructure evolution and corrosion resistance of 304 and a newly developed high Mn and N austenitic stainless steel welded joints // Corrosion Science. 2021. Vol. 183. P. 109338.
18. Iamboliev T., Zumbilev A., Christov S., Kalev L., Ianev V., Stang R. G. Laser beam welding of high-nitrogen-containing austenitic stainless steel // Welding Journal. 1999. Vol. 78, Iss. 7. P. 245–252.
19. Zhao L., Tian Z., Peng Y. Porosity and nitrogen content of weld metal in laser welding of high nitrogen austenitic stainless steel // ISIJ International. 2007. Vol. 47, Iss. 12. P. 1772–1775.
20. Norris J. T., Robino C. V., Hirschfeld D. A., Perricone M. J. Effects of laser parameters on porosity formation: Investigating millimeter scale continous wave Nd: YAG laser welds // Welding Journal. 2011. Vol. 90, Iss. 10. P. 198–203.
21. Костина В. С., Костина М. В., Ворончук С. Д., Мурадян С. О., Ригина Л. Г. Изучение структуры и свойств металла сварных соединений, полученных лазерной сваркой аустенитной стали с ~0,5% N в литом и деформированном состоянии // Металлы. 2018. № 5. С. 3–11.
22. Пат. 2545856 РФ, МПК C22C33/04, C22C38/58, C22C38/60. Конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная свариваемая сталь и способ ее получения / Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Старожук Е. А.
и др. ; заявл. 02.08.2013 ; опубл. 10.04.2015.
23. Пат. 2584315 РФ, МПК C22C38/58, C21D8/02. Конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная коррозионно-стойкая, в том числе в биоактивных средах, свариваемая сталь и способ ее обработки / Филонов М. Р., Баженов В. Е., Глебов А. Г. и др. ; заявл. 04.06.2015 ; опубл. 20.05.2016.
24. Kaputkina L. M., Svyazhin A. G, Smarygina I. V., Kindop V. E. Influence of nitrogen and copper on hardening of austenitic chromium-nickelmanganese stainless steel // CIS Iron and Steel Review. 2016. Vol. 11. P. 30–34.
25. Капуткина Л. М., Смарыгина И. В., Свяжин А. Г., Киндоп В. Э., Блинов Е. В. Стабильность структуры и свойств азотистых высокопрочных аустенитных сталей при циклических термических и механических нагрузках // Металловедение и термическая обработка металлов. 2019. № 1 (763). С. 3–9.
26. Капуткина Л. М., Свяжин А. Г., Смарыгина И. В., Бобков Т. В. Коррозионная стойкость в разных средах высокопрочной аустенитной азотистой хромоникельмарганцевой стали // Известия вузов. Черная металлургия. 2016. Том 59. № 9. С. 663–670.
27. ГОСТ 11150–84. Металлы. Методы испытания на растяжение при пониженных температурах. — Введ. 01.01.1986.
28. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986.
29. ГОСТ 6996–66. Сварные соединения. Методы определения механических свойств. — Введ. 01.01.1967.
30. ГОСТ 9.914–91. Единая система защиты от коррозии. Стали коррозионностойкие аустенитные. — Введ. 01.01.1992.
31. ГОСТ 9.912–89. Единая система защиты от коррозии и старения. Стали и сплавы коррозионностойкие. — Введ. 01.01.1991.
32. Ушаков И. В., Батомункуев А. Ю. Компьютерное моделирование специфики прогрева при лазерной двухсторонней сварке стали X19Н6Г9АМ2 // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2016. Т. 22. № 3. С. 491–500.