Вплив холодної прокатки і високотемпературного газового азотування на утворення аустенітної фази в неіржавіючій сталі AISI 430

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.234174

Ключові слова:

неіржавіюча сталь AISI 430, аустеніт, високотемпературне газове азотування, холодна прокатка, шар азоту

Анотація

Аустенітна неіржавіюча сталь є найбільш часто використовуваним матеріалом при виробництві ортопедичних протезів. У даному дослідженні неіржавіюча сталь AISI 430 (0,12 мас. % C; 1 мас. % Si; 1 мас. % Mn; 18 мас. % Cr; 0,04 мас. % P і 0,03 мас. % S) буде модифікована шляхом створення аустеніту і усунення його феромагнітних властивостей за допомогою процесу високотемпературного газового азотування. Холодна прокатка з різним відсотком обтиску (30, 50 і 70 %) супроводжувалася газовим азотуванням при температурі 1200 °C з часом витримки 5, 7 і 9 годин, потім проводилося гартування у воді на відпаленій неріжавіючій сталі AISI 430. Утворення аустенітної фази досліджували методом рентгеноструктурного аналізу. Мікроструктуру і дисперсію елементів спостерігали за допомогою СЕМ-ЕРС (скануючий електронний мікроскоп-енергодисперсійна спектрометрія), механічні властивості після газового азотування і гартування у воді визначали за допомогою випробування на мікротвердість по Віккерсу. На всіх стадіях процесу газового азотування ГЦК залізо вказувало на наявність аустенітної фази на поверхні сплаву незважаючи на присутність феритової фази. Інтенсивність утворення аустеніту досягається шляхом 70 %-ного обтиску при холодній прокатці при 5-годинному газовому азотуванні. Крім того, в результаті 50%-ного обтиску при холодній прокатці і 9-годинного процесу газового азотування з подальшим гартуванням у воді був сформований шар азоту з максимальною товщиною приблизно 3,14 мкм. Твердість в цьому стані досягала 600 HVN. Це пов'язано з розподілом вуглецю, сконцентрованого на поверхні. У міру збільшення відсотка обтиску в процесі холодної прокатки міцність неіржавіючої сталі AISI 430 після газового азотування може збільшуватися, викликаючи збільшення кількості дислокацій. Найвища міцність на розрив і твердість неіржавіючої сталі AISI 430 669 МПа і 271,83 HVN були отримані при 70%-ному обтиску

Біографії авторів

Ika Kartika, Indonesian Institute of Sciences (LIPI)

Doctor of Material Processing, Senior Researcher

Research Center for Metallurgy and Materials

Kevin Kurnia, Sultan Ageng Tirtayasa University

Bachelor of Engineering, Master of Engineering, Junior Researcher

Department of Metallurgy Engineering

Galih Senopati, Indonesian Institute of Sciences (LIPI)

Junior Researcher

Research Center for Metallurgy and Materials

Joko Triwardono, Indonesian Institute of Sciences (LIPI)

Technical Supervisi

Research Center for Metallurgy and Materials

Bambang Hermanto, Indonesian Institute of Sciences (LIPI)

Junior Researcher

Research Center for Physic

Fendy Rokhmanto, Indonesian Institute of Sciences (LIPI)

Junior Researcher

Research Center for Metallurgy and Materials

Made Subekti Dwijaya, Indonesian Institute of Sciences (LIPI)

Junior Researcher

Research Center for Metallurgy and Materials

Alfirano Alfirano, Sultan Ageng Tirtayasa University

Doctor of Material Engineering, Professor

Department of Metallurgy Engineering

Посилання

  1. Sumita, M., Hanawa, T., Teoh, S. H. (2004). Development of nitrogen-containing nickel-free austenitic stainless steels for metallic biomaterials – review. Materials Science and Engineering: C, 24 (6-8), 753–760. doi: https://doi.org/10.1016/j.msec.2004.08.030
  2. Sutowo, C., Senopati, G., W Pramono, A., Supriadi, S., Suharno, B. (2020). Microstructures, mechanical properties, and corrosion behavior of novel multi-component Ti-6Mo-6Nb-xSn-xMn alloys for biomedical applications. AIMS Materials Science, 7 (2), 192–202. doi: https://doi.org/10.3934/matersci.2020.2.192
  3. Black, J., Hastings, G. (1998). Handbook of Biomaterial Properties. Springer, 590. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4615-5801-9
  4. Niinomi, M., Nakai, M., Hieda, J. (2012). Development of new metallic alloys for biomedical applications. Acta Biomaterialia, 8 (11), 3888–3903. doi: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2012.06.037
  5. Yang, K., Ren, Y. (2010). Nickel-free austenitic stainless steels for medical applications. Science and Technology of Advanced Materials, 11 (1), 014105. doi: https://doi.org/10.1088/1468-6996/11/1/014105
  6. Berton, E. M., Neves, J. C. K., Mafra, M., Borges, P. C. (2017). Nitrogen enrichment of AISI 409 stainless steel by solution heat treatment after plasma nitriding. Metallic Materials, 55 (05), 317–321. doi: https://doi.org/10.4149/km_2017_5_317
  7. Li, J., Yang, Y., Ren, Y., Dong, J., Yang, K. (2018). Effect of cold deformation on corrosion fatigue behavior of nickel-free high nitrogen austenitic stainless steel for coronary stent application. Journal of Materials Science & Technology, 34 (4), 660–665. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmst.2017.10.002
  8. Mola, J., Ullrich, C., Kuang, B., Rahimi, R., Huang, Q., Rafaja, D., Ritzenhoff, R. (2017). Austenitic Nickel- and Manganese-Free Fe-15Cr-1Mo-0.4N-0.3C Steel: Tensile Behavior and Deformation-Induced Processes between 298 K and 503 K (25 °C and 230 °C). Metallurgical and Materials Transactions A, 48 (3), 1033–1052. doi: https://doi.org/10.1007/s11661-017-3960-x
  9. Aydin, H., Bayram, A., Topçu, Ş. (2013). Friction Characteristics of Nitrided Layers on AISI 430 Ferritic Stainless Steel Obtained by Various Nitriding Processes. Materials Science, 19 (1). doi: https://doi.org/10.5755/j01.ms.19.1.3819
  10. Patnaik, L., Ranjan Maity, S., Kumar, S. (2020). Status of nickel free stainless steel in biomedical field: A review of last 10 years and what else can be done. Materials Today: Proceedings, 26, 638–643. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.12.205
  11. Talha, M., Behera, C. K., Sinha, O. P. (2013). A review on nickel-free nitrogen containing austenitic stainless steels for biomedical applications. Materials Science and Engineering: C, 33 (7), 3563–3575. doi: https://doi.org/10.1016/j.msec.2013.06.002
  12. Lo, K. H., Shek, C. H., Lai, J. K. L. (2009). Recent developments in stainless steels. Materials Science and Engineering: R: Reports, 65 (4-6), 39–104. doi: https://doi.org/10.1016/j.mser.2009.03.001
  13. Feng, H., Jiang, Z., Li, H., Lu, P., Zhang, S., Zhu, H. et. al. (2018). Influence of nitrogen on corrosion behaviour of high nitrogen martensitic stainless steels manufactured by pressurized metallurgy. Corrosion Science, 144, 288–300. doi: https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.09.002
  14. Kuroda, D., Hanawa, T., Hibaru, T., Kuroda, S., Kobayashi, M., Kobayashi, T. (2003). New Manufacturing Process of Nickel-Free Austenitic Stainless Steel with Nitrogen Absorption Treatment. MATERIALS TRANSACTIONS, 44 (3), 414–420. doi: https://doi.org/10.2320/matertrans.44.414
  15. Zhang, S., Yu, Y., Wang, S., Li, H. (2017). Effects of cerium addition on solidification structure and mechanical properties of 434 ferritic stainless steel. Journal of Rare Earths, 35 (5), 518–524. doi: https://doi.org/10.1016/s1002-0721(17)60942-6
  16. Nakamura, N., Takaki, S. (1996). Structural Control of Stainless Steel by Nitrogen Absorption in Solid State. ISIJ International, 36 (7), 922–926. doi: https://doi.org/10.2355/isijinternational.36.922
  17. Saller, G., Spiradek-Hahn, K., Scheu, C., Clemens, H. (2006). Microstructural evolution of Cr–Mn–N austenitic steels during cold work hardening. Materials Science and Engineering: A, 427 (1-2), 246–254. doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.04.020
  18. Kuroda, D., Hanawa, T., Hibaru, T., Kuroda, S., Kobayashi, M. (2003). Mechanical Properties of Thin Wires of Nickel-Free Austenintic Stainless Steel with Nitrogen Absorption Treatment. MATERIALS TRANSACTIONS, 44 (8), 1577–1582. doi: https://doi.org/10.2320/matertrans.44.1577
  19. Kuroda, D., Takemoto, S., Hanawa, T., Asami, K. (2003). Characterization of the Surface Oxide Film on an Fe-Cr-N System Alloy in Environments Simulating the Human Body. MATERIALS TRANSACTIONS, 44 (12), 2664–2670. doi: https://doi.org/10.2320/matertrans.44.2664
  20. Ritzenhoff, R., Hah, A. (2012). Corrosion resistance of High nitrogen steels. Corrosion Resistance. doi: https://doi.org/10.5772/33037
  21. Loder, D., Michelic, S. K., Bernhard, C. (2017). Acicular Ferrite Formation and Its Influencing Factors-A Review. Journal of Materials Science Research, 6 (1), 24. doi: https://doi.org/10.5539/jmsr.v6n1p24
  22. Garcia-Gonzalez, J. E. (2005). Fundamental Study on the Austenite Formation and Decomposition of low-Si, Al added Nb-Mo TRIP steels. University of Pittsburgh, 190. Available at: http://d-scholarship.pitt.edu/6715/
  23. Hedayati, A., Najafizadeh, A., Kermanpur, A., Forouzan, F. (2010). The effect of cold rolling regime on microstructure and mechanical properties of AISI 304L stainless steel. Journal of Materials Processing Technology, 210 (8), 1017–1022. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.02.010
  24. Hume-Rothery, W. (1966). The structures of Alloys of Iron: An Elementary Introduction. Pergamon. doi: https://doi.org/10.1016/c2013-0-01893-2
  25. Bei, H., Yamamoto, Y., Brady, M. P., Santella, M. L. (2010). Aging effects on the mechanical properties of alumina-forming austenitic stainless steels. Materials Science and Engineering: A, 527 (7-8), 2079–2086. doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2009.11.052
  26. Huang, J., Ye, X., Xu, Z. (2012). Effect of Cold Rolling on Microstructure and Mechanical Properties of AISI 301LN Metastable Austenitic Stainless Steels. Journal of Iron and Steel Research International, 19 (10), 59–63. doi: https://doi.org/10.1016/s1006-706x(12)60153-8

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-08-26

Як цитувати

Kartika, I., Kurnia, K., Senopati, G., Triwardono, J., Hermanto, B., Rokhmanto, F., Dwijaya, M. S., & Alfirano, A. (2021). Вплив холодної прокатки і високотемпературного газового азотування на утворення аустенітної фази в неіржавіючій сталі AISI 430. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(12(112), 25–32. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.234174

Номер

Том 4 № 12(112) (2021): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Ika Kartika, Kevin Kurnia, Galih Senopati, Joko Triwardono, Bambang Hermanto, Fendy Rokhmanto, Made Subekti Dwijaya, Alfirano Alfirano

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.