Перспективным направлением в создании легированных высокопрочных, износо- и коррозионостойких материалов является разработка сталей с повышенным содержанием азота — высокоазотистых сталей (high nitrogen steels — HNS) [1–4]. Технология литья с противодавлением азота позволяет без использования дорогих легирующих элементов (в первую очередь, никеля) за счет введения азота — сильного аустенитообразующего элемента — формировать в сталях на основе системы Fe-Cr-N полностью аустенитную структуру без ухудшения коррозионных свойств и обеспечении низкой магнитной проницаемости аустенитных сталей. Накоплено большое количество данных о прочностных, коррозионных и трибологических характеристиках HNS [1–7]. Однако недостаточное внимание уделяется физическим свойствам HNS и возможностям неразрушающего контроля их химического и фазового состава, твердости и износостойкости.
В работе изучены электромагнитные свойства, фазовый состав, твердость и абразивная износостойкость двух выплавленных методом литья с противодавлением высокоазотистых сталей: литой стали Х19А1,0 (1,00 % N; 0,07 % С; 19,02 % Cr; 0,17 % Mn) (образец 1) и горячедеформированной стали Х22ГА1,24 (1,24 % N; 0,08 % С; 22,20 % Cr; 1,38 % Mn) (образец 2). Для сравнения исследовали промышленную углеродсодержащую сталь 95Х18 (1,00 % С; 17,72 % Cr; 0,48 % Mn) (образец 3). Образцы размерами 5,4×5,4×61 мм закаливали в масле. Твердость образцов исследовали по методу Роквелла, основные магнитные характеристики определяли на магнитоизмерительном комплексе REMAGRAPH, удельное электросопротивление — по методике [8], параметры сигнала двойного резонансного электромагнитно-акустического преобразования (ЭМАП) — по методике [9], вихретоковые характеристики — по методике [8]. Фазовый состав определяли магнитным методом анализа. Относительную абразивную износостойкость сталей (по отношению к износостойкости армко-железа) исследовали при изнашивании по закрепленному абразиву (электрокорунду зернистостью 160 мкм) [8].
Экспериментальные результаты представлены на рис. 1 и 2. Из рис. 1а следует, что с увеличением температуры закалки твердость сталей изменяется немонотонно. Рост температуры закалки вызывает увеличение доли остаточного аустенита вплоть до 100 об. % (рис. 1б). По мере повышения температуры аустенитизации рассматриваемых высокохромистых сталей наблюдается снижение намагниченности (рис. 1в), максимальной магнитной проницаемости (рис. 1г), остаточной индукции (рис. 1е), информативных параметров ЭМАП — амплитуды резонансного сигнала и скорости нулевой моды продольной нормальной звуковой волны (рис. 2а, б), начальной магнитной проницаемости (рис. 2в), а также рост коэрцитивной силы (рис. 1д) и показаний вихретокового прибора (рис. 2д). Удельное электросопротивление, подобно твердости, изменяется немонотонно с ростом температуры закалки (рис. 2г). Абразивная износостойкость сталей возрастает при увеличении температуры закалки, однако при максимальных температурах закалки происходит некоторое снижение сопротивления сталей абразивному изнашиванию (рис. 2е).