Влияние горячей пластической деформации на структуру и свойства поверхностно модифицированных слоев после вневакуумной электронно-лучевой наплавки на сталь 12Х18Н9Т с применением порошковой смеси состава 10Cr-30B

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. В настоящее время хромоникелевые аустенитные стали широко используются в нефтегазовой промышленности для бурения скважин благодаря высокой коррозионной стойкости, немагнитным свойствам, высокой ударной вязкости, пластичности и свариваемости. Однако для увеличения срока эксплуатации изделий необходимо повышение абразивной стойкости поверхностных слоев с сохранением химической стойкости, что является сложной технологической задачей. Решение такой задачи может заключаться в создании листовых заготовок «хромоникелевая аустенитная сталь – модифицированный слой», подвергнутых горячей пластической деформации. Цель работы: исследование влияния горячей пластической деформации на структуру и фазовый состав композиций «модифицированный слой – основной металл», полученных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошковой смеси бора и хрома на хромоникелевую аустенитную сталь 12Х18Н9Т. В работе исследованы образцы из стали 12Х18Н9Т с модифицированным слоем 10Cr-30B, сформированным вневакуумной электронно-лучевой наплавкой порошковой смеси хрома и бора и последующей горячей пластической деформацией при температуре 950 °С. Методами исследования являются механические испытания на микротвердость, рентгеноспектральный анализ модифицированного слоя, металлографические исследования, профильный анализ и расчет параметров решетки. Результаты и обсуждение. Выявлено, что после деформации получены бездефектные композиции, поверхностный слой которых представляет собой матричный композиционный материал, содержащий ориентированные частицы карбида хрома с измененными параметрами кристаллической решетки. После пластической деформации не было зафиксировано трещин и расслоений, что позволяет говорить о высоком качестве композиций «модифицированный слой – основной металл» с увеличенными показателями твердости, превышающими в 6,5 раза (13…11 ГПа) соответствующие показатели стали 12Х18Н9Т в состоянии поставки (2 ГПа). В модифицированном слое образуются сложные бориды типа (FexCry)B, расположенные в γ-твердом растворе железа. Параметр решетки уменьшается для γ-железа с 3,588 до 3,580 Å, для борида параметр а – с 5,126 до 5,111 Å, параметр с – с 4,228 до 4,199 Å.

Об авторах

А. А. Дударева

Email: dudareva-alina@mail.ru
ORCID iD: 0009-0001-5649-7090
Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, dudareva-alina@mail.ru

Е. Г. Бушуева

Email: bushueva@corp.nstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7608-734X
Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, bushueva@corp.nstu.ru

А. Г. Тюрин

Email: a.tyurin@corp.nstu.ru
ORCID iD: 0000-0003-4757-424X
канд. техн. наук, доцент, Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, a.tyurin@corp.nstu.ru

Е. В. Домаров

Email: domarov88@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2422-1513
Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, пр. Академика Лаврентьева, 11, г. Новосибирск, 630090, Россия, domarov88@mail.ru

И. Е. Насенник

Email: nasennik.2017@corp.nstu.ru
ORCID iD: 0000-0003-0937-5004
1. Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия; 2. Федеральный исследовательский центр «Институт катализа имени Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук», Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов», пр. Никольский, 1, р.п. Кольцово, Новосибирская область, 1630559, Россия, nasennik.2017@corp.nstu.ru

В. С. Шикалов

Email: v.shikalov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0491-2803
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Институтская улица, 4/1, г. Новосибирск, 630090, Россия, v.shikalov@gmail.com

К. А. Скороход

Email: k.skorokhod@itam.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0003-0210-8405
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Институтская улица, 4/1, г. Новосибирск, 630090, Россия, k.skorokhod@itam.nsc.ru

А. А. Легкодымов

Email: a_legkodymov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7405-7454
1. Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, пр. Академика Лаврентьева, 11, г. Новосибирск, 630090, Россия; 2.Федеральный исследовательский центр «Институт катализа имени Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук», Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов», пр. Никольский, 1, р.п. Кольцово, Новосибирская область, 1630559, Россия, ЦКП, a_legkodymov@mail.ru

Список литературы

  1. Non-vacuum electron-beam boriding of low-carbon steel / I.A. Bataev, A.A. Bataev, A.Y. Teplykh, M.G. Golkovsky, A.Yu. Teplykh, V.G. Burov, S.V. Veselov // Surface and Coatings Technology. – 2012. – Vol. 207. – P. 245–253. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2012.06.081.
  2. Structure of surface layers produced by non-vacuum electron beam boriding / I.A. Bataev, A.A. Bataev, M.G. Golkovsky, D.S. Krivizhenko, A.A. Losinskaya, O.G. Lenivtseva // Applied Surface Science. – 2013. – Vol. 284. – P. 472–481. – doi: 10.1016/j.apsusc.2013.07.121.
  3. Wear-resistant boride reinforced steel coatings produced by non-vacuum electron beam cladding / D.A. Santana, G.Y. Koga, W. Wolf, I.A. Bataev, A.A. Ruktuev, C. Bolfarini, C.S. Kiminami, W.J. Botta, A.M. Jorge Jr // Surface and Coatings Technology. – 2020. – Vol. 386. – P. 125466. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2020.125466.
  4. Challenges in optimizing the resistance to corrosion and wear of amorphous Fe-Cr-Nb-B alloy containing crystalline phases / G.Y. Koga, T. Ferreira, Y. Guo, D.D. Coimbrao, A.M. Jorge Jr, C.S. Kiminami, C. Bolfarini, W.J. Botta // Journal of Non-Crystalline Solids. – 2021. – Vol. 555. – P. 120537. – doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2020.120537.
  5. Влияние исходного состояния на неоднородность структуры углеродистых сталей, упрочненных методом электронно-лучевой обработки при атмосферном давлении / Е.А. Батаева, И.А. Батаев, В.Г. Буров, Л.И. Тушинский, М.Г. Голковский // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2009. – № 3 (645). – С. 3–5.
  6. Structure and tribological properties of steel after non-vacuum electron beam cladding of Ti, Mo and graphite powders / I.A. Bataev, D.O. Mul, A.A. Bataev, O.G. Lenivtseva, M.G. Golkovski, Ya.S. Lizunkova, R.A. Dostovalov // Materials Characterization. – 2016. – Vol. 112. – P. 60–67. – doi: 10.1016/j.matchar.2015.11.028.
  7. Tribo-oxidation of Ti-Al-Fe and Ti-Al-Mn cladding layers obtained by non-vacuum electron beam treatment / O.E. Matts, S.Yu. Tarasov, B. Domenichini, D.V. Lazurenko, A.V. Filippov, V.A. Bataev, M.V. Rashkovets, I.K. Chakin, K.I. Emurlaev // Surface and Coatings Technology. – 2021. – Vol. 421. – P. 127442. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2021.127442.
  8. Structure and oxidation behavior of CoCrFeNiX (where X is Al, Cu, or Mn) coatings obtained by electron beam cladding in air atmosphere / A.A. Ruktuev, D.V. Lazurenko, T.S. Ogneva, R.I. Kuzmin, M.G. Golkovski, I.A. Bataev // Surface and Coatings Technology. – 2022. – Vol. 448. – P. 128921. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2022.128921.
  9. Ogneva T., Ruktuev A., Girsh A. Non-vacuum electron beam cladding of Ti-Ni-Al intermetallics on titanium // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 11. – P. 191–196. – doi: 10.1016/j.matpr.2018.12.130.
  10. Structure and tribological properties of “carbon steel – VC containing coating” compositions formed by non-vacuum electron-beam surfacing of vanadium-containing powder mixtures / D.O. Mul, E.G. Bushueva, D.V. Lazurenko, E.A. Lozhkina, E.V. Domarov // Surface and Coatings Technology. – 2023. – Vol. 474. – P. 130107. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2023.130107.
  11. Structural characterization of layers fabricated by non-vacuum electron beam cladding of Ni-Cr-Si-B self-fluxing alloy with additions of niobium and boron / T.A. Zimogliadova, A.A. Bataev, D.V. Lazurenko, I.A. Bataev, V.A. Bataev, M.G. Golkovskii, S. Holger, T.S. Ogneva, A.A. Ruktuev // Materials Today Communications. – 2022. – Vol. 33. – P. 104363. – doi: 10.1016/j.mtcomm.2022.104363.
  12. Al-Co-Cr-Fe-Ni high-entropy coatings produced by non-vacuum electron beam cladding: Understanding the effect of Al by in-situ synchrotron X-ray diffraction / T.S. Ogneva, K.I. Emurlaev, K.E. Kuper ,Y.N. Malyutina, E.V. Domarov, I.K. Chakin, K.A. Skorokhod, A.A. Ruktuev, I.E. Nasennik, I.A. Bataev // Applied Surface Science. – 2024. – Vol. 665. – P. 160367. – doi: 10.1016/j.apsusc.2024.160367.
  13. Boride coatings structure and properties, produced by atmospheric electron-beam cladding / A. Teplykh, M. Golkovskiy, A. Bataev, E. Drobyaz, S.V. Veselov, E. Golovin, I.A. Bataev, A. Nikulina // Advanced Materials Research. – 2011. – Vol. 287–290. – P. 26–31. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMR.287-290.26' target='_blank'>www.scientific.net/AMR.287-290.26.
  14. Формирование упрочняющих покрытий наплавкой в пучке релятивистских электронов / И.М. Полетика, М.Г. Голковский, М.Д. Борисов, Р.А. Салимов, М.В. Перовская // Физическая мезомеханика. – 2005. – Т. 8, спец. вып. – С. 129–132.
  15. Структура и свойства покрытий, полученных электронно-лучевой наплавкой / И.М. Полетика, Ю.Ф. Иванов, М.Г. Голковский, М.В. Перовская // Физика и химия обработки материалов. – 2007. – № 6. – С. 48–56.
  16. Guo C., Kelly P.M. Boron solubility in Fe–Cr–B cast irons // Materials Science and Engineering: A. – 2003. – Vol. 352. – P. 40–45. – doi: 10.1016/S0921-5093(02)00449-5.
  17. Yuan L.L., Han J.T., Liu J. Analysis of boride phase composition in high boron alloyed stainless steel containing titanium // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 941–944. – P. 226–231. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/amr.941-944.226' target='_blank'>www.scientific.net/amr.941-944.226.
  18. Ван Хуэй, Ван Тао. Влияние горячей прокатки и обработки на твердый раствор на микроструктуру и механические свойства дуплексной нержавеющей стали 0Cr21Ni5Ti-2B с высоким содержанием бора // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2021. – № 3 (789). – С. 13–18.
  19. Влияние прокатки и термической обработки на структуру и свойства слоев, сформированных на титановых заготовках методом электронно-лучевой наплавки / В.В. Самойленко, Д.В. Лазуренко, И.А. Поляков, А.А. Руктуев, О.Г. Ленивцева, В.С. Ложкин // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2015. – № 2 (67). – С. 55–63. – doi: 10.17212/1994-6309-2015-2-55-63.
  20. Structure and mechanical properties of a two-layered material produced by the E-beam surfacing of Ta and Nb on the titanium base after multiple rolling / V.A. Bataev, M.G. Golkovski, V.V. Samoylenko, A.A. Ruktuev, I.A. Polyakov, N.K. Kuksanov // Applied Surface Science. – 2018. – Vol. 437. – P. 181–189. – doi: 10.1016/j.apsusc.2017.12.114.
  21. The fast azimuthal integration Python library: pyFAI / G. Ashiotis, A. Deschildre, Z. Nawaz, J.P. Wright, D. Karkoulis, F.E. Picca, J. Kieffer // Journal of Applied Crystallography. – 2015. – Vol. 48 (2). – P. 510–519. – doi: 10.1107/S1600576715004306.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).