Wear resistance of corrosion-resistant austenitic high-nitrogen steels 05KH22AG15N8MF and 02KH22AG10N4MF in a cryogenic environment

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Wear tests were carried out under dry sliding friction conditions in a cryogenic environment on corrosion-resistant high-nitrogen austenitic steels 05Kh22AG15N8MF (0,50% N) and 02Kh22AG10N4MF (0, 55% N), as well as nitrogen-free steels 08Kh18N9T and 03Kh17N13M2. It was established that in terms of wear resistance at increased (7,5 m/s) sliding speed in a self-mated system, high-nitrogen steels 05Kh22AG15N8MF and 02Kh22AG10N4MF surpass steels 08Kh18N9T and 03Kh17N13M2 due to greater solid solution and strain hardening.

Full Text

Restricted Access

About the authors

D. V. Chernenok

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: me@chernenok.ru
Russian Federation, Moscow

E. V. Blinov

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the Russian Academy of Sciences

Email: me@chernenok.ru
Russian Federation, Moscow

V. M. Blinov

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the Russian Academy of Sciences

Email: me@chernenok.ru
Russian Federation, Moscow

I. O. Bannykh

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the Russian Academy of Sciences

Email: me@chernenok.ru
Russian Federation, Moscow

A. A. Ashmarin

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the Russian Academy of Sciences

Email: me@chernenok.ru
Russian Federation, Moscow

K. Yu. Demin

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the Russian Academy of Sciences

Email: me@chernenok.ru
Russian Federation, Moscow

I. N. Lukina

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the Russian Academy of Sciences

Email: me@chernenok.ru
Russian Federation, Moscow

M. A. Samoilova

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the Russian Academy of Sciences

Email: me@chernenok.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Блинов, В.М. Износостойкость высокоазотистых немагнитных хромомарганцевых сталей / В.М. Блинов, О.А. Банных, Л.И. Пойменов, Ч.А. Андреев, Д.А. Саръианов // Металлы . 1982. №6. С.142–145. – (Blinov, V.M. Wear resistance of high-nitrogen non-magnetic chromium-manganese steels / V.M. Blinov, O.A. Bannykh, L.I. Poymenov, CH.A. Andreyev, D.A. Sar»ianov // Metally. 1982. V.6. P.142–145.)
  2. Глебов, В.В. Механизмы структурного упрочнения азотсодержащей аустенитной стали типа 05Х22АГ14Н7М / В.В. Глебов, В.М. Блинов, Ф.Ф, Репин // Вестн. Волжской гос. академии водного транспорта. 2017. №52. С.79–87 – (Glebov, V.V. Mechanisms of structural hardening of nitrogen-containing austenitic steel of 05Х22АG14Н7М type / V.V. Glebov, V.M. Blinov, F.F. Repin // Bulletin of Volga State Academy of Water Transport. 2017. V.52. P.79–87)
  3. Блинов, В.М. Влияние термической обработки и пластической деформации на износостойкость при трении скольжения высокопрочных коррозионно-стойких азотсодержащих сталей / В.М. Блинов, О.А. Банных, М.В. Костина, И.А. Афанасьев, Е.В. Блинов // Металлы. 2007. №6. С.57–64. – (Blinov, V.M. Effect of the heat treatment and plastic deformation of high-strength corrosion-resistant nitrogen-bearing steels on their wear resistance during sliding friction / V.M. Blinov, O.A. Bannykh, M.V. Kostina, I.A. Afanasyev, E.V. Blinov // Russian Metallurgy (Metally). 2007. №6. P.492–498.)
  4. Коршунов, Л.Г. Износостойкость и структура поверхностного слоя азотсодержащих нержавеющих аустенитных сталей при трении и абразивном воздействии / Л.Г. Коршунов, Ю.Н. Гойхенберг, Н.А. Терещенко, А.И. Уваров, А.В. Макаров, Н.Л. Черненко // ФММ. 1997. Т.84. №5. С.137–149. – (Korshunov, L.G. Wear resistance and surface structure of nitrogen-containing stainless austenitic steels upon friction and abrasive wear / L.G. Korshunov, N.A. Tereshchenko, A.I. Uvarov, A.V. Makarov, N.L. Chernenko // The Physics of Metals and Metallography. 1997. V.84. №5. P.554–561.)
  5. Севальнев, Г.С. Структурные изменения поверхностных слоев при испытании на изнашивание высокопрочной аустенитной стали ВНС-53 // Г.С. Севальнев, М.Э. Дружинина, Н.М. Вознесенская, Д.Н. Романенко, И.И. Самойлова, Р.У. Кадыров // Металлы. 2023. №4. С.76–81. – (Seval’nev, G.S. Structural changes of surface layers during wear testing of high-strength austenitic steel VNS-53 // G.S. Seval’nev, M.E. Druzhinina, N.M. Voznesenskaya, D.N. Romanenko, I.I. Samoylova, R.U. Kadyrov // Metally. 2023. V.4. P.76–81.)
  6. Qiao, Y.X. Friction and wear behaviors of a high nitrogen austenitic stainless steel Fe-19Cr-15Mn-0,66N / Y.X. Qiao, S.L. Sheng, L.M. Zhang , J. Chen, L.L. Yang , H.L. Zhou , Y.X. Wang , H.B. Li , Z.B. Zheng // J. Mining Met. 2021. V.57(2). P.285–293.
  7. Коршунов, Л. Г. Микроструктура, трибологические и механические свойсвта азотосодержащих нержавеющих аустенитных сталей на хромомарганцевой основе / Л.Г Коршунов, Н.Л. Черненко, Ю.Н. Гойхенберг // Тр. школы-семинара «Фазовые и структурные превращения в сталях «. – Магнитогорск : Магнитогорский дом печати, 2003. С.215–242. – (Korshunov, L.G. Microstructure, tribological and mechanical properties of nitrogen-containing austenitic stainless steels on chromium-manganese basis / L.G. Korshunov, N.L. Chernenko, Yu.N. Goykhenberg // Proceedings of the school-seminar “Phase and structural transformations in steels”. – Magnitogorsk : Magnitogorsk Printing House, 2003. P.215–242.)
  8. Ботвина, Л.Р. Основы фрактодиагностики / Л.Р. Ботвина. – М. : Рекламно-издательский центр «Техносфера», 2022. 394 с. – (Botvina, L.R. Fundamentals of fractodiagnostics / L.R. Botvina. – Moscow : Advertising and Publishing Center “Technosphere”, 2022. 394 p.)
  9. Kennedy, F.E. Development of a new cryogenic tribotester and its application to the study of cryogenic wear of AISI 316 stainless steel / F.E. Kennedy, Y. Youxiong, I. Baker, R.R. White, R.L. Barry, A.Y. Tang, M. Song // Wear. 2022. V.496. P.1–11.
  10. Subramonian, B. Development of a high-speed cryogenic tribometer : Design concept and experimental results / B. Subramonian, B. Bikramjit // Mater. Sci. Eng. A. 2006. V.415. P.72–79.
  11. Пат. 2421538 C1 РФ. МПК C22C 38/58, C21D 1/18, C21D 8/00. Высокопрочная и высоковязкая немагнитная свариваемая сталь / Блинов В.М., Банных И.О., Блинов Е.В., Зверева Т.Н., Ригина Л.Г., Орыщенко А.С., Малышевский В.А., Калинин Г.Ю., Мушникова С.Ю. ; заявитель и патентообладатель Министерство промышленности и торговли (Минпромторг России). – № 2005135956/02 ; заявл. 21.11.2005 ; опубл. 27.07.2007. – (Pat. 2421538 C1 RF. IPC C22C 38/58, C21D 1/18, C21D 8/00. High-strength and high-viscosity non-magnetic weldable steel / Blinov V.M., Bannykh I.O., Blinov Ye.V., Zvereva T.N., Rigina L.G., Oryshchenko A.S., Malyshevskiy V.A., Kalinin G.YU., Mushnikova S.YU. ; applicant and patentee Ministry of Industry and Trade of Russia. – № 2005135956/02 ; declared 21.11.2005 ; published 27.07.2007.)
  12. Пат. 2303648 РФ. МПК C1 C22C 38/58. Высокопрочная немагнитная коррозионно-стойкая сталь / Блинов В.М., Банных И.О., Блинов Е.В., Ильин А.А., Соколов О.Г., Костина М.В., Ригина Л.Г., Зверева Т.Н. ; заявитель и патентообладатель Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН). – № 2009144485/02 ; заявл. 02.12.2009 ; опубл. 20.06.2011. – (Pat. 2303648 RF. IPC C1 C22C 38/58. High-strength non-magnetic corrosion-resistant steel / Blinov V.M., Bannykh I.O., Blinov Ye.V., Il’in A.A., Sokolov O.G., Kostina M.V., Rigina L.G., Zvereva T.N. ; applicant and patentee of the Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the Russian Academy of Sciences (IMET RAS). – № 2009144485/02 ; declared 02.12.2009 ; published 20.06.2011.)
  13. Миркин, Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов / Л.И. Миркин. – М. : МГУ, 1975. 383с. – (Mirkin, L.I. Handbook of X-ray structural analysis of polycrystals / L.I. Mirkin. – M. : MGU, 1975. 383 p.)
  14. Панов, Д.О. Структурообразование метастабильной аустенитной стали при холодной пластической деформации методом радиальной ковки / Д.О. Панов, А.И. Смирнов, А.С. Перцев // ФММ. 2019. Т.120. №2. С.198–204. – (Panov, D.O. Structure formation of metastable austenitic steel under cold plastic deformation by radial forging method / D.O. Panov, A.I. Smirnov, A.S. Pertsev // The Physics of Metals and Metallography. 2019. V.120 (2). P.198–204.)
  15. Мильман, Ю.В. Исследование механизма пластической деформации в сильно двойникующихся сплавах с ОЦК-решеткой системы Cr-Mn / Ю.В.Мильман, Г.Г. Курдюмова, И.В. Гончарова //Деформация и разрушение материалов. 2005. №12. С.34–41. – (Mil’man, Yu.V. Investigation of plastic deformation mechanism in strongly twinning alloys with OCC lattice of Cr-Mn system / Yu.V. Mil’man, G.G. Kurdyumova, I.V. Goncharova // Deformation and fracture of materials. 2005. V.12. P.34–41.)
  16. Блинов, В.М. Влияние углерода и азота на энергию дефектов упаковки аустенитных сталей / В.М. Блинов, А.М. Глезер, И.О. Банных, Е.И. Лукин, Е.Н. Блинова, О.А. Банных, Е.В. Блинов, О.П. Черногорова, М.А. Самойлова, Д.В. Черненок // Деформация и разрушение материалов. 2021. №8. С.13–20. – (Blinov, V.M. Effect of carbon and nitrogen on the stacking fault energy in austenitic steels / V.M. Blinov, I.O. Bannykh, E.I. Lukin, E.N. Blinova, O.A. Bannykh, E.V. Blinov, O.P. Chernogorova, M.A. Samoilova, D.V. Chernenok // Russian Metallurgy (Metally). 2022. №4. P.347–354.)
  17. Wang, Y. Excellent ductility of an austenitic stainless steel at a high strength level achieved by a simple process / Y. Wang, Ch. Hu, K. Tian, N. Li, J. Du, X. Shi, Ch. Zheng // Mater. Design. 2024. V.239. P.1–9.
  18. Банных, О.А. Стали для работы при низких температурах / О.А. Банных, Ю.К. Ковнеристый – М.: Металлургия. 1969. 191 с. – (Bannykh, O.A. Steels for low temperature operation / O.A. Bannykh, Yu.K. Kovneristyy. – Moscow: Metallurgy. 1969. 191 p.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Installation diagram for carrying out wear tests in a cryogenic environment: 1 – tank with liquid nitrogen; 2 – table; 3 – counterbody; 4 – sample; 5 – thermocouple; 6 – load

Download (301KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. X-ray diffraction patterns of the studied steels (a – 08Kh18N9T; b – 03Kh17N13M2; c – 02Kh22AG10N4MF; d – 05Kh22AG15N8MF): 1 – hardening; 2 – wear testing

Download (1MB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Micrographs of the surface of corrosion-resistant austenitic steels after wear (scanning electron microscope, ×200): a – 08Kh18N9T; b – 03Kh17N13M2; c – 02Kh22AG10N4MF; d – 05Kh22AG15N8MF

Download (7MB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Microcracks and surface relief of austenitic corrosion-resistant steels after wear tests in the contact zone (polished section): a – 08Kh18N9T; b – 03Kh17N13M2; c – 02Kh22AG10N4MF; d – 05Kh22AG15N8MF

Download (3MB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences