Южно-Уральский государственный университет (Национальный исследовательский университет), Челябинск, Россия

Г. П. Вяткин, советник при ректорате, докт. хим. наук, профессор, эл. почта: viatkingp@susu.ru
Н. А. Шабурова, доцент кафедры материаловедения и физико-химии материалов, канд. техн. наук, доцент, эл. почта: shaburovana@susu.ru

Южно-Уральский государственный университет, филиал в г. Златоусте, Златоуст, Россия

А. Н. Аникеев, доцент кафедры техники и технологии производства материалов, канд. техн. наук, доцент, эл. почта: anikeevan@susu.ru
В. В. Седухин, заведующий учебной лабораторией кафедры техники и технологии производства материалов, sedukhinvv@susu.ru

Описан процесс формирования интерметаллидной σ-фазы в дуплексных и супердуплексных сталях, наличие которой снижает показатели физико-механических свойств данного класса сталей. Большинство металлографических методов исследований позволяют наиболее полно идентифицировать основные структурные составляющие дуплексных сталей (α- и γ-фазы), однако при этом достаточно затруднительно определить наличие в структуре интерметаллидной σ-фазы. С целью выявления данной структурной составляющей проведены исследования микроструктуры образцов супердуплексной стали после травления различными методиками: электролитического травления в 10%-ном водном растворе щавелевой кислоты и в 20%-ном водном растворе NaOH, химического травления в реактивах Beraha, Каллинга и Piranha. Образцы для металлографических исследований отобраны с заготовок различного профилеразмера, а также с различной термической обработкой. Электролитическое травление как в 10%-ном водном растворе щавелевой кислоты, так и в 20 %-ном водном растворе NaOH имеет ряд недостатков: образование глубоких растравов (щавелевая кислота), схожий окрас феррита и σ-фазы (щелочь), что может затруднить идентификацию структуры при использовании малых увеличений. Установлено, что для полной визуальной идентификации структурных составляющих дуплексных и супердуплексных сталей средствами оптической микроскопии наиболее надежным способом является применение методов химического травления реактивами Beraha и Каллинга. Оба реактива позволяют получить схожую цветовую картину окрашивания фаз: аустенитные зерна имеют светло-серый цвет, ферритная фаза — темно-серый, а σ-фаза остается белой.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (государственное задание на выполнение фундаментальных научных исследований № FENU-2023-0013 (2023013ГЗ)).

1. Nilsson J.-O. Super duplex stainless steels // Materials Science and Technology. 1992. Vol. 8, Iss. 8. P. 685–700. DOI: 10.1179/mst.1992.8.8.685
2. Гальцов И. А., Корельская П. В. Применение дуплексной стали 1.4462 (Duplex) в современном судостроении // Ресурсосберегающие технологии производства и обработки давлением материалов в машиностроении. 2022. № 2 (39). С. 76–82.
3. Francis R., Byrne G. Duplex stainless steels – alloys for the 21st century // Metals. 2021. Vol. 11, Iss. 5. 836. DOI: 10.3390/met11050836
4. Тумакова Н. С., Тихонов В. П., Смирнов А. С., Самохвалов С. Г., Большаков А. А., Назаров В. Г., Леушин И. О. Исследование литейных свойств супердуплексной и серийной аустенитной стали, разработка технологии и изготовление опытных отливок корпусов арматуры // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. 2015. № 2 (109). С. 242–250.
5. Kahar S. Duplex stainless steels – an overview // International Journal of Engineering Research and Applications. 2017. Vol. 7. P. 27–36. DOI: 10.9790/9622-0704042736
6. Ефимушкин А. С., Чуманов И. В., Аникеев А. Н., Седухин В. В. Основные технологические приемы при производстве сталей типа SUPER DUPLEX 25Cr и особенности технологии их изготовления в условиях ООО «ЗМЗ» // Металлург. 2022. № 4. С. 31–36. DOI: 10.52351/00260827_2022_04_31
7. Chail G., Kangas P. Super and hyper duplex stainless steels: structures, properties and applications // Procedia Structural Integrity. 2016. Vol. 2. P. 1755–1762. DOI: 10.1016/j.prostr.2016.06.221
8. Чуманов И. В., Шабурова Н. А., Седухин В. В. Анализ вариативности состава дуплексных сталей по содержанию азота и углерода // Электрометаллургия. 2022. № 10. С. 29–37. DOI: 10.31044/1684-5781-2022-0-10-29-37
9. Pohl M., Storz O., Glogowski T. Effect of intermetallic precipitations on the properties of duplex stainless steel // Materials Characterization. 2007. Vol. 58. P. 65–71. DOI: 10.1016/j.matchar.2006.03.015
10. Martins M., Casteletti L. C. Sigma phase morphologies in cast and aged super duplex stainless steel // Materials Characterization. 2009. Vol. 60. P. 792–795. DOI: 10.1016/J.MATCHAR.2009.01.005
11. Garzon C. M., Ramirez A. J. Growth kinetics of secondary austenite in the welding microstructure of a UNS S32304 duplex stainless steel // Acta Materialia. 2006. Vol. 54, Iss. 12. P. 3321–3331. DOI: 10.1016/j.actamat.2006.03.018
12. Левина А. В. Формирование структуры, фазового состава и свойств при термическом и деформационном воздействии аустенитно-ферритной стали 03Х14Н10К5М2Ю2Т для упругих элементов : дис. … канд. техн. наук. — Екатеринбург, 2015. — 145 с.

13. Escriba D. M., Materna-Morris E., Plaut R. L., Padilha A. F. Intermetallic phase precipitation in duplex stainless steels during high temperature exposition // Materials Science Forum. 2010. Vol. 636-637. P. 478–484.
14. Jacob A., Povoden-Karadeniz E. Predictive computations of intermetallic σ-phase evolution in duplex steel. II) Thermo-kinetic simulation in duplex and hyper duplex stainless steels // Calphad. 2020. Vol. 71. 101810. DOI: 10.1016/j.calphad.2020.101810
15. Hsieh C. C., Wu W. Overview of intermetallic sigma (σ) phase precipitation in stainless steels // ISRN Metallurgy. 2012. Vol. 2012. 732471. DOI: 10.5402/2012/732471
16. Рущиц С. В., Шабурова Н. А., Седухин В. В., Ахмедьянов А. М., Самойлов С. П., Аникеев А. Н., Чуманов И. В. Моделирование горячей деформации литой супердуплексной коррозионно-стойкой стали //
Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2022. Т. 78. № 11. С. 967–977. DOI: 10.32339/0135-5910-2022-11-967-977
17. Куницкая И. Н., Спектор Я. И., Сальников А. С., Оржицкая Л. К. Особенности структуры, свойств и технологической пластичности металлопродукции из коррозионно-стойкой дуплексной стали 03Х22Н5АМ3 // Металловедение и термическая обработка металлов. 2020. № 6 (780). С. 3–14.
18. Vander Voort G. F., Manilova E. P. Hints for imaging phases in steels // Advanced Materials and Processes. 2005. Vol. 163, Iss. 2. P. 32–37.
19. Vander Voort G. F. Applied metallography: The metallography of stainless steels // Journal of the Minerals, Metals and Materials Society. 1989. Vol. 41. P. 6–11.
20. Беккерт М., Клемм Х. Способы металлографического травления : cправ. изд. : Пер. с нем., 2-е изд. — М. : Металлургия, 1988. — 400 с.
21. Specification Sheet: 2507 (UNS S32750). — URL: https://www.sandmeyersteel.com/images/2507-Spec-Sheet.pdf (дата обращения : 25.09.2023).
22. Abdolvand R., Atapour M., Shamanian M. Effects of cooling regimes on the microstructural and mechanical properties of the transient liquid phase joints of UNS S32750 super duplex stainless steel/BNi-2/AISI 304 stainless steel // Journal of Materials Science. 2022. Vol. 57. P. 4383–4398. DOI: 10.1007/s10853-022-06928-z
23. Ferro P., Bonollo F., Timelli G. Sigma phase precipitation modeling in a UNS S32760 superduplex stainless steel // La Metallurgia Italiana. 2012. Vol. 104, Iss. 5. P. 7–12.