ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТОЙКОСТЬ К ПИТИНГОВОЙ КОРРОЗИИ ОБЛУЧЕННОЙ НЕЙТРОНАМИ СТАЛИ AISI 316 LN

В данной работе было исследовано влияние легирующих элементов (азота, марганца, меди и вольфрама), и нейтронного облучения в реакторе ВВР-К до максимального флюенса 2·1020 н/см2 на стойкость к питтинговой коррозии аустенитной стали AISI 316 LN, подвергнутой провоцирующим нагревам при температурах в диапазоне 500–800 ℃. Установлено, что легирование азотом и марганцем значительно улучшает коррозионные свойства стали AISI 316 LN, а добавление меди и вольфрама снижает стойкость к питтинговой коррозии. Показано, что провоцирующие нагревы при температурах от 500 до 800 ℃ с интервалом 100 ℃ ухудшают коррозионную стойкость сталей в необлученном состоянии в следствие образования нитридов и карбидов хрома, а добавление меди уменьшает степень сенсибилизации. Согласно полученным результатам установлено, что облучение нейтронами до максимального флюенса 2·1020 н/см2 исследуемых сталей после холодной прокатки и не подвергавшихся провоцирующим нагревам привело к уменьшению скорости коррозии. Провоцирующие нагревы при температурах 700-800 ℃ облученных нейтронами образцов сталей 211 L-213 L привели к увеличению скорости коррозии в особенности в сталях, легированных медью. Нейтронное облучение в значительной степени усиливает эффект сенсибилизации.

1. Ningshen S., Kamachi U., Mudali V.K., Mittal, H.S. Khatak Semiconducting and passive film properties of nitrogencontaining type 316LN stainless steels // Corrosion Science. – 2007. –Vol. 49. – No 2.– P. 481–496. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2006.05.041

2. Yakata K., Fukaya Y., Watanabe Y. Contribution of Cathodic Reaction inside crevice on the propagation of crevice corrosion of 304L SS in Chloride Solution // 20th International Conference on Env.Deg. of Materials in Nuclear Power Systems-Water Reactors. – 2022. – P. 17321.

3. Eguchi K. Quantitative analysis of initiation site of pitting corrosion on type 304 austenitic stainless steel // Corrosion Science. – 2023 – Vol. 221. – P. 111312. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111312

4. Gonza´lez B.M., et al. The influence of copper addition on the formability of AISI 304 stainless steel // Mater. Sci. Eng. A. – 2003. – Vol. 343. –No 1-2. – P. 51–56. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(02)00362-3

5. LeMay I., Schetky L.M. Copper in Iron and Steel // New York, NY: Wiley. – 1982. – 448 p.

6. Geng H. et al. Effects of copper content on the machinability and corrosion resistance of martensitic stainless steel // J. Mater Sci. – 2008. – Vol.43. – No.1. – P. 83–87. https://doi.org/10.1007/s10853-007-2084-x

7. Hermas A.A., Hassab-Allah I.M. Microstructure, Corrosion and Mechanical Properties of 304 Stainless Steel Containing Copper, Silicon and Nitrogen // J. Materials Science. – 2001. – Vol. 36. – No. 14. – P. 3415–22. https://doi.org/10.1023/A:1017903810763

8. Wallen B., Liljas M., Stenvall P. A new high molybdenum, high nitrogen stainless steel // Materials and Design. – 1992. – Vol. 13. – P. 329–333. https://doi.org/10.1016/0261-3069(92)90002-Y

9. Rondelli G., Vicentini B., Cigada A. Influence of nitrogen and manganese on Localized Corrosion behavior of stainless steels in chloride environments // Materials and Corrosion. – 1995. – Vol. 46. – P. 628. https://doi.org/10.1002/maco.19950461104

10. Svahn F., Mishra P., Edin E., Åkerfeldt P., Antti M.-L. Microstructure and mechanical properties of a modified 316 austenitic stainless steel alloy manufactured by laser powder bed fusion // J. of Materials Research and Technology. – 2024. – Vol. 28. – P.1452–1462. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.12.063

11. Chen G., Du S., Zhou Z. The Effect of Replacing Ni with Mn on the Microstructure and Properties of Al2O3-Forming Austenitic Stainless Steels: A Review // Materials. – 2024. – Vol.17. – No.1.– P.19. https://doi.org/10.3390/ma17010019

12. Мазничевский А.Н. Изучение влияния кремния, азота и микролегирующих добавок бора и РЗМ на коррозионную стойкость и технологическую пластичность сталей аустенитного класса // Дисс. к.т.н. – Челябинск. – 2021. – 142 с.

13. Fu Y. et al. Effects of nitrogen on the passivation of nickelfree high nitrogen and manganese stainless steels in acidic chloride solutions. Electrochimica Acta. – 2009. – Vol. 54. – P. 4005-4014. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2009.02.02

14. Ha H.Y. et al. Effects of nitrogen on the passivity of Fe20Cr alloy // Corrosion Science. – 2009. – Vol. 51. – P. 48– 53. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2008.10.017.

15. Ma X. P., Wang L.J., Qin B., Liu C.M., Subramanian S.V. Effect of N on microstructure and mechanical properties of 16Cr5Ni1Mo martensitic stainless steel // Materials and Design. – 2012. – Vol.34. – P.74–81. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2011.07.064

16. Lee J.B., Yoon S.I. Effect on 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. – P.194–199. https://doi.org/10.1149/1.1939245.

17. Ran Q., Xu Y., Li J., Wan J., Xiao X., Yu H., Jiang L. Effect of heat treatment on transformation-induced plasticity of economical Cr19 duplex stainless steel // Materials and Design. – 2014. – Vol. 56. – P. 959–965. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.12.019

18. Tsuchiyama T., Takebe H., Tsuboi K., Takaki S. Surfacelayer microstructure control for metastable austenitic stainless steel to prevent hydrogen permeation // Scripta Materialia. 2010. – Vol. 62. – P. 731–734. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2010.01.042

19. Sahlaoui H., Makhlouf K., Sidhom H., Philibert J. Effects of aging conditions on the precipitates evolution, chromium depletion and intergranular corrosion susceptibility of AISI 316L: Experimental and modeling results // Materials Sci. and Eng. – 2004. – Vol. 372. – No. 1–2. – P. 98–108. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.12.017

20. Мазничевский А.Н., Гойхенберг Ю.Н., Сприкут Р.В. Исследование коррозионной стойкости аустенитных сталей не легированных и легированных азотом в окислительной и хлоридной средах // Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy. – 2020. – Т. 20. – № 3. – С. 42–51. https://doi.org/10.14529/met200305

21. Мурадян С.О. Структура и свойства литейной коррозионнойстойкой стали, легированной азотом // Дисс. к.т.н. – М. – 2016. – 132 с.

22. Simmons J.W. Overview: high-nitrogen alloying of stainless steels // Materials Sci. and Eng.: A. – 1996. – Vol. 20. – No 2.– P.159–169. https://doi.org/10.1016/0921-5093(95)09991-3

23. Pradhan S.K., Bhuyan P., Mandal S. Influence of the individual microstructural features on pitting corrosion in type 304 austenitic stainless steel // Corrosion Science. – 2019. – Vol. 158. – P. 108091. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2019.108091

24. Lai J.K., Shek C.H., Lo K.H. Stainless Steels: An Introduction and Their Recent Developments // Bentham Science Publishers. – 2012. – 168 p.

25. ASTM G 48-03, Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steels and Related Alloys by Use of Ferric Chloride Solution (2003).

26. Беккерт М., Клемм Х. Способы металлографического травления // М.: Металлургия. – 1988. – 400 с.

27. Was G.S. Fundamentals of Radiation Materials Science: Metals and Alloys // New York, Springer. – 2007. – 827 p.