Исследование сталей 20Х13 и 09Г2С после низкотемпературного ионного азотирования
DOI:
https://doi.org/10.54708/26587572_2026_832622Ключевые слова:
ионное азотирование, коррозионностойкие стали, микроструктура азотированного слоя, сталь 20Х13, сталь 09Г2САннотация
Ионное азотирование представляет собой одну из наиболее эффективных технологий химико-термической обработки, позволяющих значительно улучшить эксплуатационные характеристики сталей. В условиях современного производства, где требования к прочности и износостойкости материалов постоянно растут, проблема оптимизации режимов ионного азотирования становится особенно актуальной. Исследовано влияние обработки сталей 20Х13 и 09Г2С в диапазоне 450–550 °C при выдержке 4–12 ч, давлении 300 Па и составе газовой смеси 90% N2 + 10% Ar с использованием эффекта полого катода (ЭПК) и без него. Оценены микротвердость поверхности, глубина азотированного слоя и микроструктура. Максимальные показатели получены при 450 °C, выдержке 12 ч и применении ЭПК. Для стали 20Х13 микротвердость поверхности достигла 1305 HV50 при глубине слоя 180 мкм, для стали 09Г2С – 960 HV50 при глубине 120 мкм. Азотированные слои имели плавный переход к основному металлу и выраженный диффузионный слой. Применение ЭПК повысило микротвердость поверхности примерно на 36 и 24%, а глубину слоя – на 80 и 71% соответственно.Библиографические ссылки
Lahtin U.M., Kogan Ya. D., Shpis G.I., Bomer Z. Theory and technology of nitriding. Moscow: Metallurgy, 1991. P. 234–266. (In Russian) [Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Шпис Г.И., Бёмер З. Теория и технология азотирования. М.: Металлургия, 1991. C. 234–266]
Oborin A.V., Bordanov V.V., Progressive technology for strengthening critical products in the oil and gas industry // Oil and Gas Exhibition. 7(67), 48–50 (2018). (In Russian) [Оборин А.В., Богданов В.В. Прогрессивная технология упрочнения ответственных изделий нефтегазовой отрасли // Экспозиция нефть газ. 7(67), 48–50 (2018)].
Andrianov A.P., Makisha N.A., Chuhin V.A. Corrosion of shut-off valves in hot water supply systems [webpage]. (In Russian) [Андрианов А.П., Макиша Н.А., Чухин В.А. Коррозия запорной арматуры в системах ГВС [электронный ресурс]]. URL: https://www.c-o-k.ru/articles/korroziya-zapornoy-armatury-v-sistemah-gvs.
Zhou Y., Engelberg D.L. Accessing the full spectrum of corrosion behaviour of tempered type 420 stainless steel // Materials and Corrosion. 72(11), 1718–1729 (2021). DOI: 10.1002/maco.202112442.
De Alcântara C.M., de Moura A.N., D’Azeredo Orlando M.T., da Silva Labiapari W., da Cunha M.A., de Oliveira T.R., Lopes Buono V.T. Microstructure and pitting corrosion resistance of quenched, single tempered and double tempered AISI 420 martensitic stainless steel // Materials Research. 24(6), 93–95 (2021). DOI: 10.17073/0368-0797-2023-1-8-26.
Kostina M.V., Rigina L.G., Kostina V.S., et al. Corrosion-resistant steels based on Fe – ~13% Cr: Heat treatment, corrosion- and wear resistance. Review // Material Science. 66, 8–26 (2023). DOI:10.17073/0368-0797-2023-1-8-26.
Ivashko V.V. Influence of heating modes on the structure and properties of stainless steel 20Kh13 // Vestnik BarGU. Series: Technical Sciences. 3, 45–48 (2015). (In Russian). [Ивашко В.В. Исследование влияния режимов нагрева на структуру и свойства нержавеющей стали 20Х13. // Вестник БарГУ. Серия: Технические науки. 3, 45–48 (2015)].
Xiao Li, Yinghui Wei. Effect of austenitising heat treatment on microstructure and properties of a nitrogen bearing martensitic stainless steel // Open Physics. 17(1), 601–606 (2019). DOI: 10.1515/phys-2019-0061.
Bösing I., Cramer L., Steinbacher M., et al. Influence of heat treatment on the microstructure and corrosion resistance of martensitic stainless steel // AIP Advances. 9(6), 31–37 (2019). DOI:10.1063/1.5094615.
Zubchenko A.S., Koloskov M.M., Kashirskii Yu.V., et al. Grader of Steels and Alloys. Moscow: Mashinostroenie, 2003: P. 784. (In Russian) [Зубченко А.С., Колосков М.М., Каширский Ю.В. и др. Марочник сталей и сплавов. М.: Машиностроение; 2003: 784 c.].
Ma Hou-Yu, He Yin-Sheng, Lee Kwon-Yeong, Shin Keesam. Effect of heat treatment on microstructural evolution of 13Cr martensitic stainless steel // Key Engineering Materials. 727, 29–35 (2016). DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.727.29.
Kukareko V.A., Kushnerov A.V. Influence of pre-heat treatment on wear resistance of 40Kh13 steel modified with nitrogen ions // Uprochnyayushchie Tekhnologii i Pokrytiya. 18(2), 61–65 (2022). (In Russian). [Кукареко В.А., Кушнеров А.В. Влияние предварительной термической обработки на износостойкость стали 40Х13, модифицированной ионами азота. // Упрочняющие технологии и покрытия. 18(2), 61–65 (2022)]. DOI: 10.36652/1813-1336-2022-18-2-61-65.
Kulkarni S., Srinivas P., Biswal P.K., et al. Improvement in mechanical properties of 13Cr martensitic stainless steels using modified heat treatments. In: Proceedings of the 28th ASM Heat Treating Society Conference. Detroit, 2015. P. 335–341.
Minciuna M.G., Achitei D.C., Vizureanu P., et al. The effect of heat treatment and corrosion behavior of AISI 420 // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 374, 12–39 (2018). DOI: 10.1088/1757-899X/374/1/012039.
Bonagani S.K., Bathula V., Kain V. Influence of tempering treatment on microstructure and pitting corrosion of 13 wt.% Cr martensitic stainless steel // Corrosion Science. 131, 340–354 (2018). DOI: 10.1016/j.corsci.2017.12.012.
Zhou Y., Engelberg D.L. Accessing the full spectrum of corrosion behaviour of tempered type 420 stainless steel // Materials and Corrosion. 72(11), 1718–1729 (2021). DOI: 10.1002/maco.202112442.
de Alcântara C.M., de Moura A.N., D’Azeredo Orlando M.T., et al. Microstructure and pitting corrosion resistance of quenched, single tempered and double tempered AISI 420 martensitic stainless steel // Materials Research. 24(6), 93–98 (2021). DOI: 10.1590/1980-5373-MR-2021-0093.
Sobol O.V., Andreev A.A, Stolbovoi V.A., et al. Study of the influence of ion nitriding modes on the structure and hardness of steel // Metallurgy. 5(80), 60–68 (2016). (In Russian) [Соболь О.В., Андреев А.А., Столбовой В.А., и др. Исследование влияния режимов ионного азотирования на структуру и твердость стали // Металловедение. 5(80), 63–68 (2016)]. DOI: 10/15587/1729-406.2016.63659.
Husainov Y.G. Promising ways to implement local ion nitriding of steels // Bulletin of Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov. 2(20), 82–90 (2022). (In Russian) [Хусаинов Ю.Г. Перспективные способы реализации локального ионного азотирования сталей // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2(20), 82–90 (2022)]. DOI: 10.18503/1995-2732-2022-20-2-82-90.
Patent RF No. 2664106 RU, 10.07.2018. (In Russian) [Патент РФ № 2664106 RU, 10.07.2018].
