Abstract: Problem. Cold-resistant chromium-nickel stainless steels possess low strength properties. Their replacement requires using steels with enhanced strength characteristics and lower cost. Steels alloyed with nitrogen and carbon meet these requirements; however, their crystal structure at low temperatures has been insufficiently studied. Aim. To determine the influence of low temperatures and low-temperature deformation on the crystal structure parameters of a nickel-free austenitic steel with a high content of interstitial elements. Methods. The crystal structure of cast CrMnCN steel with a (С+N) content of 1.27 wt. % was investigated by X-ray diffraction methods in the temperature range from −190 to 20 °C. The steel was preliminarily homogenised at 1000 °С, then heated to 1150 °С and quenched in water. Tensile tests were carried out at temperatures from −196 to 20 °С. After testing, the crystal structure was analysed. Results. After quenching, the dendritic structure of the steel consists of austenite with a lattice parameter а=3.6405 Å and clusters of dispersed particles. Upon cooling of the steel, the FCC lattice parameter decreased, while in specimens tested in tension, it increased as the test temperature decreased. At cryogenic test temperatures, the crystal lattice exhibits auxetic behaviour. During cooling and low-temperature deformation, stacking faults (SFs) form in the steel. After testing at −196 °С, the SF concentration is twice as high as in steel cooled to the same temperature. The combination of low ductility of the steel at −196 °С, a small amount of plastic deformation work, and a high dispersion of coherent scattering regions (CSRs) indicates the onset of martensitic transformations. Conclusions. Upon cooling of the steel, the lattice parameter decreases. Conversely, during low-temperature deformation, the FCC lattice parameter increases, and at −196 °С the steel exhibits auxetic behaviour. A feature of the response of the crystal structure to low-temperature deformation is an increase in the SF concentration and a small CSR size.
Аннотация: Проблема. Хладостойкие хромоникелевые нержавеющие стали обладают низкими прочностными свойствами. Для их замены требуются стали с повышенными прочностными характеристиками и более дешевые. Этим требованиям отвечают стали, легированные азотом и углеродом, однако их кристаллическая структура при низких температурах изучена недостаточно. Цель. Определить влияние низких температур и низкотемпературного деформирования на параметры кристаллической структуры безникелевой аустенитной стали с высоким содержанием элементов внедрения. Методы. Кристаллическую структуру литой CrMnCN стали с содержанием (С+N)=1,27 мас. % исследовали рентгеноструктурными методами в интервале температур от −190 до 20 °С. Предварительно сталь гомогенизировали при 1000 °С, затем подогревали до 1150 °С и закаливали в воде. Испытания на растяжение проводили при температурах от −196 до 20 °С. После испытаний анализировали кристаллическую структуру. Результаты. После закалки дендритная структура стали состоит из аустенита с параметром решетки а=3,6405 Å и скоплений дисперсных частиц. При охлаждении стали параметр ГЦК решетки уменьшался, а в образцах, испытанных на растяжение, увеличивался при снижении температуры испытаний. При криогенной температуре испытаний кристаллическая решетка проявляет свойство ауксетика. При охлаждении и низкотемпературном деформировании в стали образуются дефекты упаковки (ДУ). После испытаний при −196 °С концентрация ДУ в 2 раза выше, чем в стали, охлажденной до этой же температуры. Сочетание низкой пластичности стали при −196 °С, малой величины работы пластической деформации с высокой дисперсностью областей когерентного рассеяния (ОКР) свидетельствует о начале мартенситных превращений. Выводы. При охлаждении стали параметр решетки уменьшается. При низкотемпературном деформировании параметр ГЦК решетки, наоборот, увеличивается и при -196 сталь проявляет свойство ауксетика. Особенностью отклика кристаллической структуры на низкотемпературное деформирование является увеличение концентрации ДУ и малая величина ОКР.