Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, Россия)

О. В. Силина, доцент кафедры металловедения, термической и лазерной обработки металлов, канд. техн. наук, доцент, silina-olga@mail.ru
И. В. Маталасова, аспирант кафедры металловедения, термической и лазерной обработки металлов, gi@elkam.ru

Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси (Минск, Беларусь)
М. Н. Босяков, ведущий научный сотрудник, канд. физ.–мат. наук, доцент, plasma.by.metal@gmail.com

АО «ЭЛКАМ – нефтемаш» (Пермь, Россия)
Р. М. Полежаев, технический директор, prm@elkam.ru

В работе приводятся результаты по упрочняющей обработке методом ионного азотирования нержавеющей стали 08Х17Т. Исследования проведены с целью выявления пригодности этой стали в качестве материала для лейнера биметаллических насосно-компрессорных труб (НКТ) скважинных насосов. НКТ работают в условиях интенсивного абразивного износа, воздействия коррозионно-активных компонентов (сероводород, углекислота, минерализованная вода), а также знакопеременных и ударных нагрузок. Показано влияние режимов обработки на формирование азотированного слоя и коррозионную стойкость стали 08Х17Т в исходном состоянии и после холодной радиальной ковки с различной степенью укова. Установлено, что ионное азотирование стали 08Х17Т обеспечивает получение упрочненных слоев в соответствии с требованиями по качеству внутренней поверхности НКТ. Рассмотрено влияние активности газовой среды (П_N2) как основного технологического параметра, влияющего на качество диффузионного слоя. Показано, как плотность потока азота (П_N2) влияет на твердость поверхности, глубину слоя и фазовый состав. Установлено, что при высоких значениях плотности потока азота, с увеличением степени деформации увеличивается поверхностная твердость. Исследованы структура и свойства полученных слоев. Проведен анализ фазового состава поверхности всех исследуемых образцов. Проведены сравнительные испытания коррозионной стойкости азотированных слоев, полученных на сталях 08Х17Т и 38Х2МЮА. Установлено, что скорость коррозии деформированных азотированных сталей (08Х17Т и 38Х2МЮА) соответствует одному уровню стойкости.

1. Савенок О. В., Горпинченко А. Н. Особенности эксплуатации нефтяных и газовых скважин в условиях высокой коррозионной агрессии // Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник). 2022. № 2. С. 155–170.

2. Сорокин В. Г., Волосникова А. В., Вяткин С. А. и др. Марочник сталей и сплавов / под общ. ред. В. Г. Сорокина. – М. : Машиностроение, 1989. – 640 с.
3. Toro A., Misiolek W. Z., Tschiptschin A. P. Correlations between microstructure and surface properties in a high nitrogen martensitic stainless steel // Acta Materialia. 2003. Vol. 51, Iss. 12. P. 3363–3374.
4. Dalibon E., Charadía R., Cabo A., Brühl S. P. Short Time Ion Nitriding of AISI 420 Martensitic Stainless Steel to Improve Wear and Corrosion Resistance // Materials Research. 2019. Vol. 22. DOI: 10.1590/1980-5373-mr-2019-0415
5. Fraczek T., Ogorek M., Skuza Z., Prusak R. Mechanism of ion nitriding of 316L austenitic steel by active screen method in a hydrogen-nitrogen atmosphere // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2020. Vol. 109, Iss. 5–6. P. 1357–1368.
6. Li Y., He Y., Xiu J., Wang W., Zhu Y., Hu B. Wear and corrosion properties of AISI 420 martensitic stainless steel treated by active screen plasma nitriding. Surface and Coatings Technology. 2017. P. 184–192. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2017.09.021
7. Квасович Э. О. Влияние режимов гибридной модификации сталей на их коррозионные свойства // Перспективы развития фундаментальных наук. – Томск : Изд-во ТПУ, 2024. Т. 1 : Физика. – С. 172–174.
8. Sun J., Li J., Xie J. M., Yang Yang, Wu W. P., Xiang Zhou, Zhang S. H., Wang Q. M. Properties of rapid arc discharge plasma nitriding of AISI 420 martensitic stainless: effect of nitriding temperatures // Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 20. P. 4804–4814.
9. Берлин Е. В., Коваль Н. Н., Сейдман Л. А. Плазменная химико-термическая обработка поверхности стальных деталей : справочник. – Москва : Техносфера, 2012. – 464 с.
10. Лахтин Ю. М., Коган Я. Д., Шпис Г.- И., Бемер З. Теория и технология азотирования. – Москва : Металлургия, 1991. – 320 с.
11. Bergamo T. Effect of Nitridation on High Temperature Corrosion of Ferritic Stainless Steel : diploma work no. 107/2013. – Göteborg : Chalmers University of Technology, Department of Materials and Manufacturing Technology, 2013.
12. Силина О. В., Босяков М. Н., Бывальцева Т. С., Полежаев Р. М. Исследование ионно-плазменного азотирования сварного шва лейнера биметаллической трубы из стали 08Х17Т // Черные металлы. 2024. № 10. С. 25–30.
13. Силина О. В., Маталасова И. В., Полежаев Р. М. Упрочнение биметаллических цилиндров с лейнером из стали 08Х17Т методом ионно-плазменного карбонитрирования // Инновационные технологии в машиностроении и материаловедении (ИТММ): материалы VIII Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. – Пермь : Изд-во ПНИПУ, 2024. – С. 248–250.
14. DIN 50190–1. Hardness depth of heat-treated parts; determination of the effective depth of carburized and hardened cases. – URL: DIN 50190-1: Hardness depth of heat-treated parts; determination of the effective depth of carburized and hardened cases.
15. ГОСТ 9.908–85. Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости. – Введ. 01.01.1987.