Исследование коррозионной стойкости аустенитных сталей, не легированных и легированных азотом в окислительной и хлоридной средах
Автор: Мазничевский Александр Николаевич, Гойхенберг Юрий Нафтулович, Сприкут Радий Вадимович
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Рубрика: Металловедение и термическая обработка
Статья в выпуске: 3 т.20, 2020 года.
Бесплатный доступ
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.
Азот, аустенитная сталь, коррозионная стойкость, межкристаллитная коррозия, азотная кислота, коррозия под напряжением, хлориды
Короткий адрес: https://sciup.org/147233958
IDR: 147233958 | УДК: 669.018.8 | DOI: 10.14529/met200305
Corrosion resistance of austenitic stainless steels without nitrogen and nitrogen-alloyed in oxidizing and chloride environment
The corrosion resistance of the developed austenitic steel 03Cr20Ni9Mn3N0.30, alloyed with nitrogen in comparison with steel 03Cr18Ni11 (AISI 304L) was studied. The analysis of corrosion resistance to intergranular corrosion in 65 % boiling nitric acid was carried out according to the “DU method” of GOST 6032-2017. The studied steels resistance in 42% boiling MgCl2 solution was also evaluated. It has been established, that the corrosion rate in 65 % boiling nitric acid for steel AISI 304L and nitrogen-alloyed is comparable and amounts to about 0.2-0.4 mm / year. However, it was shown that the incubation period to achieve a sensitization state in steel 03Cr20Ni9Mn3N0.30 is about 4 times longer than of steel AISI 304L. Additionally, the conditions for the studied steels resistance to intergranular corrosion in boiling 65 % nitric acid after heating at temperatures from 500 to 850 °C and holdings from 1 hour to 100 hours are determined. Based on the test results, a Rollason diagram was constructed. The microalloying effect with boron and rare-earth metals on 03Cr20Ni9Mn3N0.30 corrosion resistance (according to the DU method of GOST 6032-2017) was also investigated. The permissible concentrations of microalloying elements (boron up to 0.0025 wt. %, and rare-earth metals up to 0.04 wt. %) are determined, which provide high technological plasticity without reducing its corrosion resistance. When tested by the DU method, the corrosion metal loss in both of these cases was not more than 0.35 mm/year. However, with the boron introduction in an amount of 0.01 wt. %, the corrosion rate increases sharply to 1.328 mm/year, while reducing technological plasticity. As a result of compared steels testing samples for stress corrosion in a 42 % boiling MgCl2 solution. The superiority of 03Cr20Ni9Mn3N0.30 steel over AISI 304L steel at a strain of 280 MPa was more than 8 times higher, and at a strain of 100 MPa almost 10 times higher. It should be noted that the failure nature of steel 03Cr20Ni9Mn3N0.30 and AISI 304L is identical, but the time required for cracks initiation by almost differs.
Список литературы Исследование коррозионной стойкости аустенитных сталей, не легированных и легированных азотом в окислительной и хлоридной средах
- 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
- Finsgar M., Milosev 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
- 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 super-austenitic 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 face-centered-cubic 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
- 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. 517524. 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
