كيف يؤثر النيتروجين على الفولاذ المقاوم للصدأ 316LN؟

316LN هو إصدار إضافة النيتروجين بناءً على 316L الصلب (0.06% ~ 0.08%)، بحيث يتمتع بنفس خصائص 316L، تم استخدامه في تصنيع المكونات الهيكلية عالية الحرارة في مفاعل التوليد السريع (FBRS). إن تقليل محتوى الكربون يقلل بشكل كبير من قابلية التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي بسبب اللحام في البيئات المسببة للتآكل اللاحقة. يعد الزحف والتعب المنخفض للدورة والتفاعل بين الزحف والتعب من أهم الاعتبارات بالنسبة لمكونات FBRS. قوة درجة الحرارة العالية الفولاذ المقاوم للصدأ 316L يمكن تحسينه إلى 316 الفولاذ المقاوم للصدأ عن طريق صناعة السبائك 0.06% ~ 0.08% N. سيتم مناقشة تأثير محتوى النيتروجين الأعلى من 0.08% على الخواص الميكانيكية للفولاذ المقاوم للصدأ 316L عند درجة حرارة عالية في هذه الورقة.

 

التركيب الكيميائي للفولاذ المقاوم للصدأ 316LN

فرن	ن	ج	من	سجل تجاري	شهر	ني	سي	س	ص	الحديد
المعايير	0.06-0.22	0.02-0.03	1.6-2.0	17-18	2.3-2.5	12.0-12.5	.50.5	.0.01	.030.03	–
1	0.07	0.027	1,7	17.53	2.49	12.2	0.22	0.0055	0.013	–
2	0.11	0.033	1.78	17.63	2.51	12.27	0.21	0.0055	0.015	–
3	0.14	0.025	1.74	17.57	2.53	12.15	0.20	0.0041	0.017	–
4	0.22	0.028	1.70	17.57	2.54	12.36	0.20	0.0055	0.018	–

تم اختبار هذه الدفعات الأربع من الفولاذ المقاوم للصدأ 316LN مع محتوى النيتروجين 0.07%، 0.11%، 0.14% و0.22%، ومحتوى الكربون 0.03%، لدراسة تأثيرات النيتروجين على الشد والزحف والتعب المنخفض الدورة والزحف. -خصائص التعب من الفولاذ المقاوم للصدأ 316LN. الهدف من هذه التجربة هو إيجاد المحتوى النيتروجيني الأمثل للحصول على أفضل مزيج من خصائص الشد والزحف والتعب المنخفض الدورة. أظهرت النتائج التجريبية أن النيتروجين يمكن أن يحسن قوة الشد، وقوة الزحف والتعب للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي. تشمل أسباب الزيادة في القوة تعزيز المحلول، وتقليل طاقة خطأ التراص (SFE)، والتصلب بالترسيب، وتكوين المواد المركبة (المذابات الخلالية)، والفصل الذري، والتصلب المنظم. نظرًا لاختلاف خصائص تبادل الإلكترونات، فإن النيتروجين المذاب في الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي له حجم تمدد أكبر من الكربون.

بالإضافة إلى التفاعل المرن بين النيتروجين والتفكك، يؤثر تفاعل التفكك الخلالي الكهروستاتيكي أيضًا على القوة. تتميز نوى الخلع بعدم وجود إلكترونات حرة، مما يعني أنها تحمل شحنة موجبة. تكون ذرات النيتروجين في الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي مشحونة سالبًا بسبب موضع الإلكترونات الحرة بالقرب من ذرات النيتروجين والتفاعل الكهروستاتيكي بين الاضطرابات وذرات النيتروجين.

وتزداد طاقة الارتباط الفعالة بين ذرة النيتروجين والخلع مع زيادة محتوى النيتروجين في الفولاذ الأوستنيتي، ولكن الارتباط غير واضح بالنسبة للكربون. في الفولاذ الأوستنيتي، يتفاعل النيتروجين الخلالي مع العناصر البديلة ويميل إلى تكوين تركيبات ذرية بديلة خلالية. يرتبط المركب بسهولة بالعناصر الموجودة على يسار الحديد في الجدول الدوري، مثل Mn وCr وTi وV. هناك علاقة قوية بين خصائص الترابط بين الذرات (أي الاتجاه مقابل عدم الاتجاه) والقرب من العناصر المجاورة. الذرات في نظام سبائك متعدد المكونات. يسهل الترابط بين ذرات المعدن الترتيب قصير المدى، وهو الترابط بين ذرات العناصر المختلفة. يسهل الاستقطاب بين الذرات تبادل الإلكترونات التساهمية، والترابط بين ذرات نفس العنصر. يعزز الكربون تجميع ذرات الاستبدال في المحلول الصلب القائم على الحديد، بينما يسهل النيتروجين الترتيب قصير المدى.

بشكل عام، قوة الخضوع (YS) وقوة الشد النهائية (UTS) لـ 316 لتر تم تحسين الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل كبير من خلال صناعة السبائك من 0.07% ~ 0.22% من النيتروجين. وقد لوحظت الزيادة في القوة في جميع الاختبارات في نطاق درجات الحرارة من 300 إلى 1123 كلفن. وقد لوحظ شيخوخة السلالة الديناميكية ضمن نطاق درجات حرارة محدود. يتناقص نطاق درجة حرارة شيخوخة السلالة الديناميكية (DSA) مع زيادة محتوى النيتروجين.