Jak dusík ovlivňuje nerezovou ocel 316LN?

316LN je verze s přídavkem dusíku založená na Ocel 316L (0,06% ~ 0,08%), takže má stejné vlastnosti jako 316L, byl použit při výrobě vysokoteplotních konstrukčních součástí v rychlém množivém reaktoru (FBRS). Snížení obsahu uhlíku výrazně snižuje náchylnost k praskání korozí pod napětím v důsledku svařování v následném korozivním prostředí. Tečení, nízkocyklová únava a interakce mezi tečením a únavou jsou nejdůležitějšími faktory pro komponenty FBRS. Pevnost při vysokých teplotách Nerezová ocel 316L lze zlepšit na nerezovou ocel 316 legováním 0,06% ~ 0,08% N. V tomto článku bude diskutován vliv obsahu dusíku vyššího než 0,08% na mechanické vlastnosti nerezové oceli 316L při vysoké teplotě.

 

Chemické složení nerezové oceli 316LN

Pec	N	C	Mn	Cr	Mo	Ni	Si	S	P	Fe
Normy	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	–

Tyto čtyři šarže nerezové oceli 316LN s obsahem dusíku 0,07%, 0,11%, 0,14% a 0,22% a obsahem uhlíku 0,03% byly testovány za účelem studia účinků dusíku na pevnost v tahu, tečení, nízkocyklovou únavu a tečení. -únavové vlastnosti nerezové oceli 316LN. Cílem tohoto experimentu je nalézt optimální obsah dusíku pro získání nejlepší kombinace vlastností v tahu, tečení a nízkocyklové únavě. Experimentální výsledky ukazují, že dusík může zlepšit pevnost v tahu, tečení a únavovou pevnost austenitických korozivzdorných ocelí. Důvody pro zvýšení pevnosti zahrnují vylepšení roztoku, sníženou energii stohovací chyby (SFE), precipitační zpevnění, tvorbu kompozitů (intersticiální rozpuštěné látky), atomovou segregaci a uspořádané zpevnění. Vzhledem k jejich odlišným vlastnostem výměny elektronů má rozpuštěný dusík v austenitické nerezové oceli větší expanzní objem než uhlík.

Kromě elastické interakce mezi dusíkem a dislokací ovlivňuje pevnost také elektrostatická intersticiální dislokační interakce. Dislokační jádra se vyznačují nedostatkem volných elektronů, což znamená, že mají kladný náboj. Atomy dusíku v austenitických nerezových ocelích jsou záporně nabité kvůli poloze volných elektronů v blízkosti atomů dusíku a elektrostatické interakci mezi dislokacemi a atomy dusíku.

Efektivní vazebná energie mezi atomem dusíku a dislokací se zvyšuje se zvyšováním obsahu dusíku v austenitické oceli, ale u uhlíku není korelace zřejmá. V austenitických ocelích intersticiální dusík interaguje se substitučními prvky a má tendenci vytvářet intersticiální substituční atomové kompozice. Sloučenina se snadno váže na prvky nalevo od Fe v periodické tabulce, jako je Mn, Cr, Ti a V. Existuje silná korelace mezi vlastnostmi meziatomové vazby (tj. orientace versus neorientace) a blízkostí sousedních atomy ve vícesložkovém slitinovém systému. Vazba mezi atomy kovů usnadňuje uspořádání na krátkou vzdálenost, což je vazba atomů různých prvků. Meziatomová polarizace usnadňuje výměnu kovalentních elektronů, vazbu mezi atomy stejného prvku. Uhlík podporuje agregaci substitučních atomů v pevném roztoku na bázi železa, zatímco dusík usnadňuje uspořádání na krátké vzdálenosti.

Obecně platí, že mez kluzu (YS) a mez pevnosti v tahu (UTS). 316L nerezová ocel se výrazně zlepšila legováním dusíku 0,07% ~ 0,22%. Nárůst pevnosti byl pozorován ve všech testech v teplotním rozsahu 300 ~ 1123 K. Dynamické deformační stárnutí bylo pozorováno v omezeném teplotním rozsahu. Teplotní rozsah dynamického deformačního stárnutí (DSA) se s rostoucím obsahem dusíku snižuje.