كيف يؤثر النيتروجين على الفولاذ المقاوم للصدأ 316LN؟

316LN هو إصدار إضافة النيتروجين على أساس الصلب شمومكسل (0.06٪ ~ 0.08٪) ، بحيث يكون لها نفس خصائص 316L ، وقد تم استخدامها في تصنيع المكونات الهيكلية عالية الحرارة في مفاعل التوليد السريع (FBRS). يقلل تقليل محتوى الكربون بشكل كبير من التعرض للتشقق الناتج عن التآكل الناتج عن اللحام في البيئات المسببة للتآكل اللاحقة. يعتبر الزحف ، والتعب المنخفض للدورة ، والتفاعل الزحف والتعب من أهم الاعتبارات لمكونات FBRS. قوة درجات الحرارة العالية الفولاذ المقاوم للصدأ 316L يمكن تحسينه إلى 316 من الفولاذ المقاوم للصدأ عن طريق خلط 0.06٪ ~ 0.08٪ N. سيتم مناقشة تأثير محتوى النيتروجين أعلى من 0.08٪ على الخواص الميكانيكية للفولاذ المقاوم للصدأ 316L عند درجة حرارة عالية في هذا البحث

 

التركيب الكيميائي للفولاذ المقاوم للصدأ 316LN

فرن	N	C	Mn	Cr	Mo	Ni	Si	S	P	Fe
المعايير	0.06-0.22	0.02-0.03	1.6-2.0	17-18	2.3-2.5	12.0-12.5	≤ 0.5	≤ 0.01	≤ 0.03	-
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 أربع دفعات من الفولاذ المقاوم للصدأ 316LN مع محتوى نيتروجين 0.07٪ ، 0.11٪ ، 0.14٪ و 0.22٪ ، ومحتوى كربوني بنسبة 0.03٪ ، لدراسة تأثير النيتروجين على الشد ، الزحف ، إجهاد الدورة المنخفضة والزحف - خصائص التعب من الفولاذ المقاوم للصدأ 316LN. الهدف من هذه التجربة هو إيجاد محتوى النيتروجين الأمثل للحصول على أفضل مزيج من خصائص إجهاد الشد والزحف والدورة المنخفضة. أظهرت النتائج التجريبية أن النيتروجين يمكن أن يحسن قوة الشد والزحف وقوة التعب للفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ. تشمل أسباب الزيادة في القوة تحسين المحلول ، وتقليل طاقة خطأ التراص (SFE) ، وتصلب الترسيب ، وتشكيل المركبات (المذابات الخلالية) ، والفصل الذري ، والتصلب المطلوب. نظرًا لخصائص التبادل الإلكتروني المختلفة ، فإن النيتروجين المذاب في الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ له حجم تمدد أكبر من الكربون.

بالإضافة إلى التفاعل المرن بين النيتروجين والخلع ، يؤثر تفاعل الخلع الخلالي الكهروستاتيكي أيضًا على القوة. تتميز نوى الخلع بنقص الإلكترونات الحرة ، مما يعني أن لها شحنة موجبة. ذرات النيتروجين في الفولاذ الأوستنيتي غير القابل للصدأ مشحونة سلبًا بسبب موضع الإلكترونات الحرة بالقرب من ذرات النيتروجين والتفاعل الكهروستاتيكي بين الاضطرابات وذرات النيتروجين.

تزداد طاقة الارتباط الفعالة بين ذرة النيتروجين والخلع مع زيادة محتوى النيتروجين في الفولاذ الأوستنيتي ، لكن الارتباط ليس واضحًا بالنسبة للكربون. في الفولاذ الأوستنيتي ، يتفاعل النيتروجين الخلالي مع العناصر البديلة ويميل إلى تكوين تركيبات ذرية بديلة بينية. يرتبط المركب بسهولة بالعناصر الموجودة على يسار الحديد في الجدول الدوري ، مثل Mn و Cr و Ti و V. هناك ارتباط قوي بين خصائص الترابط بين الذرات (أي ، الاتجاه مقابل عدم التوجيه) والقرب من المجاور ذرات في نظام سبيكة متعدد المكونات. يسهل الترابط بين ذرات المعدن الترتيب قصير المدى ، وهو ارتباط 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 ، مقاومة الخضوع (YS) وقوة الشد القصوى (UTS) من 316L تم تحسين الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل كبير عن طريق صناعة السبائك بنسبة 0.07٪ ~ 0.22٪ من النيتروجين. لوحظت الزيادة في القوة في جميع الاختبارات في نطاق درجة حرارة 300 ~ 1123 كلفن. لوحظ شيخوخة الإجهاد الديناميكي ضمن نطاق درجة حرارة محدودة. نطاق درجة حرارة شيخوخة الإجهاد الديناميكي (DSA) يتناقص مع زيادة محتوى النيتروجين.