Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Платный доступ или доступ для подписчиков

Влияние скорости охлаждения на формирование структурно-текстурных состояний нержавеющей стали ферритно-мартенситного класса с 12 % (масс.) хрома

В. И. Пастухов, А. Е. Устинов, В. Ю. Ярков, С. В. Соловьева, М. Л. Лобанов

Аннотация


Исследованы сформировавшиеся структурно-текстурные состояния в образцах нержавеющей стали ферритно-мартенситного класса, близкой по составу к Х12НМВСФБ, методом сканирующей электронной микроскопии с использованием ориентационного анализа и программного обеспечения по реконструкции высокотемпературного аустенитного зерна. Для исследования использованы образцы горячекатаной трубы после закалки в воде с последующим высоким отпуском. Проведена термическая обработка образцов по режиму: выдержка при 950 °C, охлаждение при различных скоростях (в воде, на воздухе, в печи). При всех скоростях охлаждения структура стали состояла из зерен d-феррита и мартенсита, а также крупных выделений карбонитридов (NbMo)(CN) и более дисперсных карбидов M23C6 и (VNb)C. При реализации фазовых превращений в последовательности: d + a¢ ® d + g ® d + a¢ в стали наблюдается структурно-текстурная наследственность, обусловленная зарождением новой фазы на специальных границах.

Ключевые слова


нержавеющая ферритно-мартенситная сталь; g -> a-превращение; d-феррит; мартенсит; сканирующая электронная микроскопия; ориентационная микроскопия

Полный текст:

PDF

Литература


Steven J. Zinkle, Jeremy T. Busby. Structural materials for fission & fusion energy // Materials Today. 2009. V. 12. P. 12 – 19.

Zinkle S. J., Was G. S. Materials challenges in nuclear energy // Acta Materialia. 2013. V. 61. P. 735 – 758.

Klueh R. L., Nelson A. T. Ferritic/martensitic steels for next-generation reactors // Journal of Nuclear Materials. 2007. V. 371. P. 37 – 52.

Tan L., Snead L. L., Katoh Y. Development of new generation reduced activation ferritic-martensitic steels for advanced fusion reactors // Journal of Nuclear Materials. 2016. V. 478. P. 42 – 49.

Kohyama A., Hishinuma A., Gelles D. S., Klueh R. L., Dietz W., Ehrlich K. Low-activation ferritic and martensitic steels for fusion application // Journal of Nuclear Materials. 1996. V. 233 – 237. P. 138 – 147.

Lindau R., Möslang A., Schirra M. Thermal and mechanical behaviour of the reduced-activation-ferritic-martensitic steel EUROFER // Fusion Engineering and Design. 2002. V. 61 – 62. P. 659 – 664.

Bloom E. E., Zinkle S. J., Wiffen F. W. Materials to deliver the promise of fusion power — progress and challenges // Journal of Nuclear Materials. 2004. V. 329 – 333. P. 12 – 19.

Tan L., Parish C. M., Hu X. Microstructure and property tailoring of castable nanostructured alloys through thermomechanical treatments // Journal of Nuclear Materials. 2018. V. 509. P. 267 – 275.

Nelson R. S., Hudson J. A., Mazey D. J. The stability of precipitates in an irradiation environment // Journal of Nuclear Materials. 1972. V. 44. P. 318 – 330.

Tanigawa H., Sakasegawa H., Ogiwara H., Kishimoto H., Kohyama A. Radiation induced phase instability of precipitates in reduced-activation ferritic/martensitic steels // Journal of Nuclear Materials. 2007. V. 367 – 370. P. 132 – 136.

Sizman R. The effect of radiation upon diffusion in metals // Journal of Nuclear Materials. 1978. V. 69 – 70. P. 386 – 412.

Nichenametla Jai Sai, Punit Rathore, Kumar Sridharan, Ankur Chauhan. Machine learning-based predictions of yield strength for neutron-irradiated ferritic/martensitic steels // Journal of Nuclear Materials. 2023. V. 195.

Gustafson Åsa, Hättestrand Mats. Coarsening of precipitates in an advanced creep resistant 9 % chromium steel — quantitative microscopy and simulations // Materials Science and Engineering: A. 2002. V. 333. P. 279 – 286.

Heintze C., Bergner F., Ulbricht A., Hernández-Mayoral M., Keiderling U., Lindau R., Weissgärber T. Microstructure of oxide dispersion strengthened Eurofer and iron-chromium alloys investigated by means of small-angle neutron scattering and transmission electron microscopy // Journal of Nuclear Materials. 2011. V. 416. P. 35 – 39.

Wasilkowska A., Bartsch M., Messerschmidt U., Herzog R., Czyrska-Filemonowicz A. Creep mechanisms of ferritic oxide dispersion strengthened alloys // Journal of Materials Processing Technology. 2003. V. 133. P. 218 – 224.

Jia-Hong Ke. Microstructure modeling of nuclear structural materials: Recent progress and future directions // Computational Materials Science. 2023. V. 230.

Lei Peng, Yao Xie, Hongen Ge, Younf Dai, Qunying Huang, Yuanxi Wan. Correlation between microstructure and hardening of 9Cr ferritic/martensitic steels irradiated in spallation neutron source // Journal of Nuclear Materials. 2024. Vol. 597.

Cabet C., Dalle F., Gaganidze E., Henry J., Tanigawa H. Ferritic-martensitic steels for fission and fusion applications // Journal of Nuclear Materials. 2019. Vol. 523. P. 510 – 537.

Эфрон Л. И. Металловедение в “большой” металлургии. Трубные стали. М.: Металлургиздат, 2012. С. 696.

Pastukhov V. I., Kozlov A. V., Lobanov M. L. Crystallographic peculiarities of shear – transformation in austenitic stainless steel in the high temperature area // Trans Tech Publications. Solid State Phenomena. 2018. Vol. 284. P. 253 – 258.

Лобанов М. Л., Пастухов В. И., Редикульцев А. А. Кристаллографические особенности распада -фазы в аустенитной коррозионностойкой стали // МиТОМ. 2020. № 7(781). C. 5 – 11.

Лобанов М. Л., Пастухов В. И., Редикульцев А. А. Влияние специальных границ на   -превращение в аустенитной нержавеющей стали // Физика металлов и металловедение. 2021. Т. 122, № 4. С. 424 – 430.

Лобанов М. Л., Русаков Г. М., Редикульцев А. А. и др. Исследование специальных разориентаций в реечном мартенсите низкоуглеродистой стали методом ориентационной микроскопии // Физика металлов и металловедение. 2016. Т. 117. С. 266 – 271.

Лобанов М. Л., Пастухов В. И., Редикульцев А. А. Влияние специальных границ на   -превращение в аустенитной нержавеющей стали // Физика металлов и металловедение. 2021. Т. 122. С. 424 – 430.

Taylor M., Smith A. D., Donoghue J. M. et al. In-situ heating-stage EBSD validation of algorithms for prior-austenite grain reconstruction in steel // Scripta Materialia. 2024. V. 242.

Collins J., Taylor M., Scarlett A. L. et al. Prior austenite grain measurement: A direct comparison of EBSD reconstruction, thermal etching and chemical etching // Materials Characterization. 2024. V. 208.

Салтыков С. А. Стереометрическая металлография: учебное пособие для вузов. М.: Металлургия. 1976. С. 269.

Satskii D. D., Soloveva S. V., Ustinov A. E. et al. Determination of austenite grain size in ferritic-martensitic stainless steel by orientation microscopy methods // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. 2024. Is. 1. P. 28 – 44.

Сухомлин Г. Д. Большеугловые низкоэнергетические границы в мартенситных структурах доэвтектоидных сталей // Металлофизика и новейшие технологии. 2013. Т. 35, № 8. С. 1109 – 1122.

Лобанова Л. А., Лобанов М. Л. Оптимизация химического состава супермартенситной нержавеющей стали с использованием термодинамических расчетов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2022. Т. 22, № 2. С. 14 – 22. (Lobanova L. A., Lobanov M. L. Optimization of the chemical composition of supermartensitic stainless steel using thermodynamic calculations // Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy. 2022. V. 22, No. 2, P. 14 – 22.)

Klimenkov M., Jäntsch U., Rieth M., Möslang A. Evolution of the EUROFER97 microstructure during thermal treatment up to 122,000 h // Nuclear Materials and Energy. 2023. V. 35.

Wang H., Kostka A., Goosen W. E. et al. TEM replica analysis of particle phases in a tempered martensite ferritic Cr steel after long term creep // Materials Characterization. 2021. V. 181.

Klimenkov M., Lindau R., Materna-Morris E., Möslang A. TEM characterization of precipitates in EUROFER 97 // Progress in Nuclear Energy. 2012. V. 57. P. 8 – 13.

Fernández P., Lancha A. M., Lapeña J. et al. Metallurgical properties of reduced activation martensitic steel Eurofer’97 in the as-received condition and after thermal ageing // 2002. V. 307 – 311. P. 495 – 499.

Русаков Г. М., Лобанов М. Л., Редикульцев А. А., Беляевских А. С. Специальные разориентации и текстурная наследственность в техническом сплаве Fe – 3 % Si // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115, № 8. С. 827. (Rusakov G. M., Lobanov M. L., Redikul’tsev A. A., Belyaevskikh A. S. Special misorientations and textural heredity in the commercial alloy Fe – 3 % Si // Physics of Metals and Metallography. 2014. V. 115, No. 8. P. 775 – 785.)

Pyshmintsev I. Yu., Bityukov S. M., Pastukhov V. I. et al. Evolution of microstructure in stainless martensitic steel for seamless tubing // AIP Conference Proceedings. 2017. V. 1915.

Пышминцев И. Ю., Струин А. О., Гервасьев А. М. и др. Влияние кристаллографической текстуры бейнита на разрушение листов трубных сталей, полученных контролируемой термомеханической обработкой // Металлург. 2016. № 4. С. 57 – 63.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2025.1.3-12

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2025