Институт металлургии и машиностроения, АО «НПО «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения» Росатома, Москва, Россия

Л. В. Палаткина, ведущий научный сотрудник лаборатории электроплавки, канд. техн. наук, доцент, эл. почта: lv.palatkina@yandex.ru
А. П. Куликов, заведующий лабораторией электроплавки, канд. техн. наук, эл. почта: APKulikov@cniitmash.com
И. А. Щепкин, ведущий научный сотрудник лаборатории электроплавки, эл. почта: IASchepkin@cniitmash.com

Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия
В. О. Харламов, доцент кафедры оборудования и технологии сварочного производства, канд. техн. наук, доцент, эл. почта: harlamov_vo@mail.ru

Институт металлургии и машиностроения, АО «НПО «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения» Росатома, Москва, Россия¹ ; Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», Москва, Россия²
А. С. Жармухамбетов, заведующий лабораторией аддитивных технологий¹, аспирант², эл. почта: alps98@mail.ru

Показано, что при прочих равных условиях выплавка литейной коррозионностойкой хромоникелевой стали мартенситного класса в открытой индукционной печи с раскислением на выпуске расплава редкоземельными металлами и цирконием обеспечивает низкие значения общей загрязненности неметаллическими включениями плавки на уровне 0,98·10^–4, определенной по методу «Л2» ГОСТ 1778–2022. При этом в составе неметаллических включений суммарное содержание редкоземельных (La, Ce, Nd) и поверхностно-активных элементов (В, Zr, S) достигает 75 % (мас.), а сами включения проявляют повышенную склонность к коалесценции. Обнаруженные при электронно-микроскопических и металлографических исследованиях строчки карбидной фазы длиной от 4,3 до 78,4 мкм, расположенные в затвердевающих на последних этапах кристаллизации зонах междуветвий, относятся к первичным и вторичным карбидам ниобия, образующимся соответственно при введении в расплав ниобия и в результате протекания на завершающем этапе затвердевания эвтектической реакции. Качественные закономерности дендритной ликвации компонентов для высоколегированных мартенситных сталей еще не найдены, однако для исследованных в работе составов установлено, что Сr, Ni, Сu, Si, Мо и Мn при кристаллизации ликвируют прямо и обогащают зоны междуветвий, формируя твердый раствор с повышенным содержанием карбидообразующих элементов. При этом на этапе дендритной кристаллизации из-за адсорбции действующих аддитивно поверхностно-активных элементов (S, Sn, В, Pb, Sе, Sb), суммарный объем которых превысил 0,09 % (мас.), образуется непреодолимая преграда для реализации выравнивающего состав диффузионного перераспределения элементов между осями дендритных ветвей и междендритным пространством и, как следствие, наблюдаемая еще большая гетерогенизация структуры при любых термических воздействиях. Металлографические исследования литых образцов выявили в их объеме аномальные «белые» зоны с повышенным, относительно зоны штатной кристаллизации, содержанием всех легирующих элементов. В закристаллизовавшихся на последних этапах объемах междуветвий «белых» зон зафиксировано интерметаллидное соединение на основе системы Fe – Cr – Mo (среднего состава % (мас.): 49,61 Fe; 27,33 Cr; 16,41 Mo; 2,59 Mn; 2,08 Si; 1,29 V; 0,69 Nb) с включениями ультрадисперсных кубических первичных карбидов ниобия в объеме. Показано, что ниобий, в отличие от остальных элементов, в «белой» зоне проявляет обратную ликвацию, т. е. при кристаллизации накапливается в дендритах, однако в зоне штатной кристаллизации ниобий ликвирует прямо, обогащая междуветвия.

1. Nießen F. Рhase transformations in supermartensitic stainless steels : Doctoral thesis. Technical University of Denmark department of mechanical engineering section of materials and surface engineering, 2018. — 291 р.
2. Химушин Ф. Ф. Нержавеющие стали. — 2-е изд. — М. : МИСиС, 1999. — 408 с.
3. Гудремон Э. А. Специальные стали. — М. : Металлургиздат, 1959–1960. 1 т. — 736 с.
4. Маркова Е. Г. Совершенствование термической обработки прецизионных деталей на основе закономерностей структурообразования стали 09Х16Н4БЛ : автореферат дис. … канд. техн. наук. — Москва, 2013. — 23 с.
5. Scheuer C. J., Cardoso R. P., Brunatto S. F. An overview on plasma-assisted thermochemical treatments of martensitic stainless steels // Surface Topography: Metrology and Properties. 2023. Vol. 11, Iss. 1. 013001. DOI:
10.1088/2051-672X/acb372
6. Dalibón E. L., Dalke A., Biermann H., Brühl S. P. Short time nitriding and nitrocarburizing of martensitic stainless steel // Surface and Coatings Technology. 2024. Vol. 485. Р. 1–8. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2024.130931
7. ГОСТ 977–88. Отливки стальные. Общие технические условия. — Введ. 01.01.1990.
8. ГОСТ 1778–2022. Металлопродукция из сталей и сплавов. Металлографические методы определения неметаллических включений. — Введ. 01.06.2023.
9. Барон А. А., Палаткина Л. В. Выбор оптимального критерия оценки прочности серого чугуна по параметрам первичной структуры // Металлы. 2021. № 3. C. 61–67.
10. Беккерт М., Клемм Х. Способы металлографического травления. — М. : Металлургия, 1979. — 336 с.
11. Костылева Л. В. Создание новых научных принципов упрочнения железоуглеродистых сплавов на основе развития теории кристаллизации и микроликвации: дис. … докт. техн. наук. — Волгоград, 2002. — 340 с.
12. Моляров В. Г., Беломытцев М. Ю., Моляров А. В. Влияние температуры нагрева под закалку на структурно-фазовые характеристики жаропрочных сталей с 12 % Cr // Металловедение и термическая обработка металлов. 2024. № 5. С. 15–21.
13. Niessen F., Niels S. T., Hald J. Kinetics modeling of delta-ferrite formation and retainment during casting of supermartensitic stainless steel // Materials & Design. 2017. Vol. 118. Р. 1–19. DOI: 10.1016/j.matdes.2017.01.026
14. Банных О. А. и др. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа : справочник / под ред. О. А Банных, М. Е. Дрица. — М. : Металлургия, 1986. — 439 с.
15. Bechtoldt C. J., Vacher H. C. Phase-diagram study of alloys in the ironchromium-molybdenum-nickel system // The Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology. 1957. Vol. 58, Iss. 1. P. 7–19.

16. Cao S., Zhao J.-Cheng. Application of dual-anneal diffusion multiples to the effective study of phase diagrams and phase transformations in the Fe-Cr-Ni system // Acta Mater. 2015. Vol. 88. P. 196–206. DOI: 10.1016/j.actamat.2014.12.027
17. Окишев К. Ю. Мирзаев Д. А. Специальные стали : учебное пособие. — Челябинск : Издательский центр ЮУрГУ, 2013. — 36 с.
18. Палаткина Л. В., Чубуков М. Ю., Матасова М. В., Кириличев М. В. Особенности формирования в расплаве карбидных фаз, богатых ниобием, и их влияние на стойкость высокопрочных обсадных труб к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением // Черные металлы. 2024. № 5. С. 36–42.
19. Cao S., Zhao J.-Cheng. Determination of the Fe-Cr-Mo phase diagram at intermediate temperatures using dual-anneal diffusion multiples // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2016. Vol. 37. P. 25–38. DOI: 10.1007/s11669-015-0423-1
20. Жуков А. А. Геометрическая термодинамика сплавов железа. — М. : Металлургия, 1979. — 232 с.
21. Сильман Г. И. Термодинамика и термокинетика структурообразования в чугуне и сталях. — М. : Машиностроение, 2007. — 450 с.