graduate student, engineer
магистрант, инженер
Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Associate Professor, leading researcher
доктор физико-математических наук, доцент, ведущий научный сотрудник
PhD (Physics and Mathematics), junior researcher
кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник
junior researcher
младший научный сотрудник
PhD (Engineering), senior researcher
кандидат технических наук, старший научный сотрудник
The nitrogen-containing austenitic steels are the advanced alloys, which are widely used as constructional materials, in the hydrogen energetics as well. The high-nitrogen stainless steels have high strength properties and plasticity and are resistant to localized corrosion. However, in spite of the increased attention of researchers to the issues of hydrogen embrittlement of materials, the combined effect of hydrogen and nitrogen on the austenitic steels’ properties is a poorly explored area. In this paper, the authors studied the influence of electrolytic hydrogen-charging regime with a saturation time up to 43 hours on the strain hardening and the deformation and fracture mechanisms during the uniaxial tension of Fe-17Cr-24Mn-1.3V-0.2C-0.8N nitrogen-containing stainless steel. It is found that hydrogen saturation effects slightly on the staging of flow curves and the ultimate tensile strength and contributes to the slight reduction in the yield stress and substantial decrease in the rupture elongation of steel. In this case, the high-nitrogen austenitic steel has a good margin of plasticity (δ=11 %) and high strength properties (σ0.2=1190 MPa) even after 43 hours of hydrogen saturation. The nature of fracture of austenitic steel in the initial state and after hydrogen charging under various modes is characterized as a ductile transcrystalline fracture. In the result of hydrogen saturation, a brittle layer of 3-5 μm in thickness is formed on the surface of high-nitrogen steel samples, which fractures according to the quasi-cleavage mechanism and provides the intensive cracking of side surfaces of samples during deformation. After the electrolytic hydrogen charging of 37 and 43 hours of duration, along with the slip, one of the main mechanisms of austenitic steel deformation during tensile tests is the mechanical twinning. Hydrogenation contributes to the mechanical deformation twinning, accompanied by shear microlocalization and activation of γ→ɛ martensitic transformation.
Аустенитные высокоазотистые стали имеют перспективу широкого применения в качестве конструкционных материалов, в том числе в водородной энергетике. Высокоазотистые нержавеющие стали обладают повышенными прочностными свойствами, запасом пластичности, а также являются устойчивыми к локализованной коррозии. Несмотря на возрастающий интерес исследователей к проблемам водородного охрупчивания материалов, малоизученной областью является совместное воздействие водорода и азота на свойства аустенитных сталей. В данной работе было исследовано влияние режима электролитического насыщения водородом (продолжительностью до 43 ч) на деформационное упрочнение и механизмы деформации и разрушения при одноосном растяжении высокоазотистой нержавеющей стали Fe-17Cr-24Mn-1,3V-0,2C-0,8N. Установлено, что насыщение водородом слабо влияет на стадийность кривых течения и значения предела прочности, при этом способствует слабому снижению предела текучести и существенному уменьшению удлинения до разрушения в стали. При этом даже после 43 ч наводороживания сталь по-прежнему имеет хороший запас пластичности (δ=11 %) и высокие прочностные свойства (σ0,2=1190 МПа). Характер разрушения аустенитной стали в исходном состоянии и после насыщения водородом по разным режимам – вязкий транскристаллитный излом. На поверхности образцов высокоазотистой стали в результате наводороживания образуется хрупкий слой толщиной 3-5 мкм, который разрушается по механизму квазискола и обеспечивает интенсивное растрескивание боковых поверхностей образцов при деформации. После электролитического насыщения водородом продолжительностью 37 и 43 ч одним из основных механизмов деформации исследуемой стали при растяжении, наряду со скольжением, выступает механическое двойникование. Наводороживание способствует усилению вклада в деформацию от механического двойникования, сопровождается микролокализацией сдвига и активизацией γ→α мартенситного превращения.