ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ, НЕ ЛЕГИРОВАННЫХ И ЛЕГИРОВАННЫХ АЗОТОМ В ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ И ХЛОРИДНОЙ СРЕДАХ

Александр Николаевич Мазничевский, Юрий Нафтулович Гойхенберг, Радий Вадимович Сприкут

Аннотация


Изучена коррозионная стойкость разработанной аустенитной стали 03Х20Н9Г3А0,30, легированной азотом, в сравнении со сталью 03Х18Н11. Анализ коррозионной стойкости к межкристаллитной коррозии в азотной кислоте проводили по методу ДУ (ГОСТ 6032–2017), также оценивали сопротивляемость исследуемых сталей в 42%-ном кипящем растворе MgCl2. Установлено, что скорость коррозии в кипящей азотной кислоте (метод ДУ по ГОСТ 6032–2017) для стали, не легированной и легированной азотом, соизмерима и составляет порядка 0,2–0,4 мм/год. Однако показано, что инкубационный период для достижения состояния неудовлетворительной стойкости к межкристаллитной коррозии у предлагаемой стали 03Х20Н9Г3А0,30 оказывается примерно в 4 раза больше, чем у стали 03Х18Н11. Дополнительно определены условия стойкости исследуемых сталей к межкристаллитной коррозии в кипящей 65 % азотной кислоте после провоцирующего нагрева при температурах от 500 до 850 °С и выдержках от 1 до 100 ч. По результатам испытаний построена диаграмма Ролласона. Также исследовано влияние микролегирования бором и редкоземельными металлами на коррозионную стойкость (по методу ДУ ГОСТ 6032–2017) стали 03Х20Н9Г3А0,30. Определены допустимые концентрации микролегирующих элементов (бора до 0,0025 мас. %, а РЗМ до 0,04 мас. %), обеспечивающие высокую технологическую пластичность металла без снижения его коррозионной стойкости. При испытаниях по методу ДУ коррозионные потери металла в обоих указанных случаях составили не более 0,35 мм/год, однако при введении бора в количестве 0,01 мас. % скорость коррозии резко увеличивается до 1,328 мм/год при одновременном снижении технологической пластичности. В результате испытаний образцов сравниваемых сталей на коррозию под напряжением в 42%-ном кипящем растворе MgCl2, установлено превосходство стали 03Х20Н9Г3А0,30 над сталью 03Х18Н11 при напряжении 280 МПа более чем в 8 раз, а при напряжении 100 МПа почти в 10 раз. Следует отметить, что характер разрушения стали 03Х20Н9Г3А0,30 и 03Х18Н11 идентичный, но время, необходимое для зарождения и развития трещин, отличается почти на порядок.

Ключевые слова


азот; аустенитная сталь; коррозионная стойкость; межкристаллитная коррозия; азотная кислота; коррозия под напряжением; хлориды

Полный текст:

PDF

Литература


Singh V.B., Singh V.K. Corrosion behaviour of stainless steel (AISI 321) in alcoholic-H2SO4 mixtures. Materials Transaction, 1991, vol. 32, no. 3, pp. 251–256. DOI: 10.2320/matertrans1989.32.251

Finšgar M., Milošev I. Corrosion behaviour of stainless steels in aqueous solutions of methanesulfonic acid. Corrosion Science, 2010, vol. 52, no. 37, pp. 2430–2438. DOI: 10.1016/j.corsci.2010.04.001

Alekseev A.B. et al. Corrosion resistance of austenitic steels and alloys in high temperature water. Journal of Nuclear Materials, 1996, vol. 233, pp. 1367–1371. DOI: 10.1016/S0022-3115(96)00065-7

Shen Z. et al. SCC susceptibility of type 316Ti stainless steel in supercritical water. Journal of Nuclear Materials, 2015, vol. 458, pp. 206–215. DOI: 10.1016/j.jnucmat.2014.12.014 5. Gavriljuk V., Berns H. High Nitrogen Steels. Berlin, Springer, 1999, 378 p.

Li H.B. et al. Investigation of microbiologically influenced corrosion of high nitrogen nickel-free stainless steel by Pseudomonas aeruginosa. Corrosion Science, 2016, vol. 111, pp. 811–821. DOI: 10.1016/j.corsci.2016.06.017

Li H.B. et al. Microstructure, mechanical and corrosion properties of friction stir welded high nitrogen nickel-free austenitic stainless steel. Materials and Design, 2015, vol. 84, pp. 291–299. DOI: 10.1016/j.matdes.2015.06.103

Matsunaga H. et al. Effect of nitrogen on corrosion of duplex stainless steel weld metal. Science and Technology of Welding and Joining, 1998, vol. 3, pp. 225–232. DOI: 10.1179/stw.1998.3.5.225

Li H. et al. Microstructure evolution and mechanical properties of friction stir welding superaustenitic stainless steel S32654. Materials and Design, 2017, vol. 118, pp. 207–217. DOI: 10.1016/j.matdes.2017.01.034

Fu Y. et al. Effects of nitrogen on the passivation of nickel-free high nitrogen and manganese stainless steels in acidic chloride solutions. Electrochimica Acta, 2009, vol. 54, pp. 4005–4014. DOI: 10.1016/j.electacta.2009.02.024

Jargelius-Pettersson R.F.A. Electrochemical investigation of the influence of nitrogen alloying on pitting corrosion of austenitic stainless steels. Corrosion Science, 1999, vol. 41, pp. 1639–1664. DOI: 10.1016/S0010-938X(99)00013-X

Lee J.B., Yoon S.I. Effect of nitrogen alloying on the semiconducting properties of passive films and metastable pitting susceptibility of 316L and 316LN stainless steels. Materials Chemistry and Physics, 2010, vol. 122, pp. 194–199. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2010.02.033

Lei M.K., Zhu X.M. Role of nitrogen in pitting corrosion resistance of a high-nitrogen facecenteredcubic phase formed on austenitic stainless steel. Journal of Electrochemical Society, 2005, vol. 152, pp. B291–B295. DOI: 10.1149/1.1939245

Ningshen S. et al. Semiconducting and passive film properties of nitrogen-containing type 316LN stainless steels. Corrosion Science, 2007, vol. 49, pp. 481–496. DOI: 10.1016/j.corsci.2006.05.041

Ha H.Y., Lee T.H., Kim S.J. Role of nitrogen in the active-passive transition behavior of binary Fe-Cr alloy system. Electrochimica Acta, 2012, vol. 80, pp. 432–439. DOI: 10.1016/j.electacta.2012.07.056 16. Ha H.Y. et al. Effects of nitrogen on the passivity of Fe-20Cr alloy. Corrosion Science, 2009, vol. 51, pp. 48–53. DOI: 10.1016/j.corsci.2008.10.017

Li H.B. et al. Zhang Pitting corrosion and crevice corrosion behaviors of high nitrogen austenitic stainless steels. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, 2009, vol. 16, pp. 517–524. DOI: 10.1016/S1674-4799(09)60090-X

Lothongkum G. et al. Effect of nitrogen on corrosion behavior of 28Cr-7Ni duplex and microduplex stainless steels in air-saturated 3.5 wt% NaCl solution. Corrosion Science, 2006, vol. 48, pp. 137–153. DOI: 10.1016/j.corsci.2004.11.017

Olsson C.O.A. The influence of nitrogen and molybdenum on passive films formed on the austenoferritic stainless steel 2205 studied by AES and XPS. Corrosion Science, 1995, vol. 37, pp. 467–479. DOI: 10.1016/0010-938X(94)00148-Y

Oldfield, J.W. Crevice Corrosion Resistance of Commercial and High-Purity Experimental Stainless Steels in Marine Environments – The Influence of N, Mn, and S. Corrosion, 1990, 46 (7), pp. 574–581. DOI: 10.5006/1.3585151

Rondelli G., Vicentini B., Cigada A. Influence of nitrogen and manganese on localized Corrosion behaviour of stainless steels in chloride environments. Materials and Corrosion, 1995, vol. 46, p. 628. DOI: 10.1002/maco.19950461104.

Janik-Czachor M., Szummer A. Corrosion-Resistant Low Manganese Stainless Steels. Corrosion Reviews, 1993, vol. 11, no. 3-4, pp. 117–144.

Klapper H.S., Stevens J. Influence of Alloying Elements on the Pitting Corrosion Resistance of CrMn-Stainless Steels in Simulated Drilling Environments. NACE – International Corrosion Conference Series, 2015.

Speidel М.О. Nitrogen Containing Austenitic Stainless Steels. Mat.-wiss. u. Werkstoiftech, 2006, vol. 37, no. 10, pp. 875–880.

Шабалов И.П., Шлямнев А.П., Щукина Л.Е. Структура, механические свойства и коррозионная стойкость нержавеющих сталей с азотом. Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2016. № 1. С. 41–47. [Shabalov I.P., Shlyamnev A.P., Shchukina L.E. Structure, mechanical properties and corrosion resistance of stainless steels alloyed with nitrogen. Problems of Ferrous Metallurgy and Materials Science, 2016, no. 1, pp. 41–47. (in Russ.)]

Мазничевский А.Н., Гойхенберг Ю.Н., Сприкут Р.В. Влияние кремния и микролегирующих элементов на коррозионную стойкость аустенитной стали. Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2019. Т. 19, № 2. С. 14–24. [Maznichevsky A.N., Goikhenberg Yu.N., Sprikut R.V. Influence of Silicon and Microalloying Elements on the Corrosion Resistance of Austenitic Steel. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy, 2019, vol. 19, no. 2, pp. 14–24. (in Russ.)] DOI: 10.14529/met190202

Мазничевский А.Н., Гойхенберг Ю.Н., Сприкут Р.В., Савушкина Е.С. Влияние азота на механические свойства и технологическую пластичность аустенитной стали. Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2019. Т. 19, № 2. С. 25–35. [Maznichevsky A.N., Goikhenberg Yu.N., Sprikut R.V., Savushkina E.S. Influence of Nitrogen on Mechanical Properties and Technological Plasticity of Austenitic Steel. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy, 2019, vol. 19, no. 2, pp. 25–35. (in Russ.)] DOI: 10.14529/met190203




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/met200305

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Bookmark and Share