Zweiqualitäts-Edelstahl 304/304L, 316/316L

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Austenitische rostfreie Stähle sind die am häufigsten verwendeten rostfreien Stähle und machen etwa 75% des gesamten Edelstahlverbrauchs aus. Die rasante Entwicklung der chemischen und petrochemischen Industrie hat höhere Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit von rostfreiem Stahl gestellt. Beispielsweise hat der Edelstahl der Doppelqualitäten 304/304L einen geringeren Kohlenstoffgehalt, der weniger als 0,03% beträgt und den 304L-Qualitäten entspricht, während seine Streckgrenze und Zugfestigkeit höher sind als die Untergrenze von Edelstahl 304. Der Edelstahl kann definiert werden als 304/304L Edelstahl mit zwei Güteklassen, d. h. seine chemische Zusammensetzung entspricht der von 304L und seine mechanischen Eigenschaften entsprechen den Anforderungen von Edelstahl 304. Ebenso kann ein Edelstahlblech 304/304H-doppelzertifiziert werden, da es genügend Kohlenstoffgehalt aufweist, um die 304H-Anforderung (mindestens 0,040%) zu erfüllen, und außerdem die 304H-Anforderungen hinsichtlich Korngröße und Festigkeit erfüllt. Es gibt 316/316L und andere Edelstahl-Doppelqualitäten.

Am wichtigsten ist der Unterschied im Kohlenstoffgehalt und der daraus resultierenden Festigkeit. Kohlenstoff ist ein wirksames austenitisches Stabilisierungselement und kann als Verunreinigung oder Legierungselement betrachtet werden, das die Festigkeit von Edelstahl verbessert, insbesondere bei hohen Temperaturen. Der Kohlenstoffgehalt in den meisten austenitischen Edelstahlsorten liegt unter 0,02% bis 0,04%. Um nach dem Schweißen eine gute Korrosionsbeständigkeit zu erreichen, wird der Kohlenstoffgehalt von Edelstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt unter 0,030% gehalten. Um die Hochtemperaturfestigkeit zu verbessern, wird der Kohlenstoffgehalt von Edelstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt oder „H“-Qualität bei 0,04% oder etwas höher gehalten.

Die kleineren Kohlenstoffatome in der kubisch-flächenzentrierten Struktur befinden sich in den Gitterlücken zwischen den größeren Cr-, Ni- und Mo-Atomen, die die Versetzungsbewegung begrenzen, die Duktilitätsverformung verhindern und den Edelstahl stärken. Unter Bedingungen steigender Temperaturen, wie sie beispielsweise beim Schweißen auftreten, neigt Kohlenstoff stark dazu, Chrom in der Edelstahlmatrix mit chromreichem Karbid auszufällen, und die zweite Phase neigt dazu, sich eher an der Korngrenze als in der Kornmitte auszufällen, sodass sich an der Korngrenze leicht Chromkarbid bildet.

Chrom ist ein notwendiges Element zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl, aber Chromkarbid wird aus der Edelstahlmatrix entfernt, sodass die Korrosionsbeständigkeit hier schlechter ist als bei der übrigen Edelstahlmatrix. Eine Erhöhung des Kohlenstoffgehalts kann den Temperaturbereich erweitern, sodass die Zeit der Sensibilisierung oder des Verlusts der Korrosionsbeständigkeit verkürzt wird. Eine Verringerung des Kohlenstoffgehalts kann die Bildung von Karbid beim Schweißen verzögern oder vollständig vermeiden. Kohlenstoffarme Güten wie 304L und 316L haben einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,030%, die meisten höher legierten Austenitgüten wie 6%Mo Edelstahl haben einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,020%. Um den Festigkeitsverlust aufgrund des verringerten Kohlenstoffgehalts auszugleichen, wird manchmal ein weiteres Zwischenelement, Stickstoff, hinzugefügt, um den Edelstahl zu stärken.

Edelstahl mit zwei Güteklassen hat sowohl die hohe Festigkeit von herkömmlichem Edelstahl als auch die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl mit ultraniedrigem Kohlenstoffgehalt. Er kann das Problem der schwachen Schweißnahtleistung der meisten austenitischen Edelstahlsorten lösen und wird häufig in Niedertemperatur-LNG-Empfangsstationen und Rohrleitungen mit großem Durchmesser verwendet. Der Preis von Edelstahl mit zwei Güteklassen ist im Grunde der gleiche wie der von Edelstahl mit ultraniedrigem Kohlenstoffgehalt. Mittlerweile können mehrere chinesische Stahlwerke die Güteklassen für den reifen Markt liefern. Bei Interesse kontaktieren Sie uns bitte.

 

Was ist Super 304H-Stahl?

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Mit der Entwicklung ultra-superkritischer Anlagen konnte die Hochtemperaturfestigkeit herkömmlicher austenitischer 18-8-Edelstähle (wie TP304H-Stahl) bei Dampfparametern von 600 °C nicht mehr den Anforderungen gerecht werden. Aus diesem Grund hat die japanische Sumitomo Metal Corporation neue Materialien für die Heizflächenrohre der Anlage entwickelt, wie TP347HFG-Stahl, SUPER304H-Stahl und HR3C-Stahl. Super 304H-Stahl ist ein neuer Typ von 18-8 Stahl, hauptsächlich verwendet bei der Herstellung von Überhitzern und Nacherhitzern von ultra-überkritischen Kesseln, deren Metallwandtemperatur 700 °C nicht überschreitet. Derzeit produziert Shasqida Mannesmann (ehemals DMV Company) in Deutschland auch ähnliche Stahlrohre mit der Güteklasse DMV 304HCU.

Super304H-Stahl ist ein Stahl, der auf TP304H-Stahl basiert und dessen Mn-, Si-, Cr- und Ni-Gehalt reduziert wurde. Dem Stahl werden 2,5% bis 3,5% Cu, 0,30% bis 0,60% Nb und 0,05% bis 0,12% N hinzugefügt, sodass im Betrieb eine Diffusionsausfällungsphase und eine kupferreiche Verstärkungsphase entstehen. Es kommt zu einer Ausfällungsverstärkung mit NbC(N), NbCrN und M23C6, wodurch die zulässige Spannung bei Betriebstemperatur stark erhöht wird. Die zulässige Spannung bei 600 bis 650 °C ist 30% höher als bei TP347H-Stahl. Die Dampfoxidationsbeständigkeit des Stahls ist mit der von TP347HFG-Stahl vergleichbar und deutlich besser als die von TP321H-Stahl. Es ist im ASME Code Case 2328-1, ASTM A-213 Standard aufgeführt, die Nummer ist S30432.

 

Die chemische Zusammensetzung von Super 304H

C Si Mn P S Cr Ni N Al B Nr. Cu V Mo
0.08 0.21 0.79 0.03 0.001 18.42 8.66 0.11 0.007 0.004 0.5 2.77 0.04 0.35

 

Die mechanischen Eigenschaften von Super 304H

Streckgrenze, Mpa Zugfestigkeit, Mpa Dehnung, %
360/350 640/645 58/60

 

Aufgrund der hohen Dampfparameter von ultra-überkritischen Einheiten ist die Oxidationsbeständigkeit von Stahl, der in Hochtemperaturdruckteilen von Kraftwerken verwendet wird, sehr wichtig. Im Allgemeinen wird die Innenwand von Stahlrohren aus Superstahl 304H kugelgestrahlt, um die Dampfoxidationsbeständigkeit zu verbessern. Auf der Innenfläche des Stahlrohrs bildete sich eine 30 μm dicke Kugelstrahlschicht und seine Mikrostruktur war im Vergleich zu der von nicht kugelgestrahlten Stahlrohren verfeinert. Nach dem Dampfoxidationstest bei 650 °C und 600 Stunden ist die Oxidschicht des kugelgestrahlten Stahlrohrs dünner und dichter, und die Dampfoxidationsbeständigkeit des Stahlrohrs ist verbessert. Derzeit haben mehrere führende Stahlwerke in China eine ähnliche Güte 10CrL8Ni9NbCu3Bn hergestellt, die in GB 5310-2008 spezifiziert ist und derzeit in mehreren Projekten für ultra-überkritische Einheiten in China verwendet wird.

Ist Edelstahl 304 magnetisch?

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Normale Verbraucher haben einige Missverständnisse über Edelstahl und denken, dass magnetischer Edelstahl nicht als Edelstahl 304 qualifiziert ist. Wie wir wissen, kann Edelstahl je nach Struktur bei Raumtemperatur in Austenit (201, 304, 321, 316, 310), Martensit oder Ferri (430, 420, 410) unterteilt werden. Austenite sind nicht magnetisch oder schwach magnetisch und Martensit oder Ferrit sind magnetisch. 304 ist eine repräsentative Qualität des austenitischen Edelstahls, er hat ausgezeichnete Verarbeitbarkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit und macht 601 % des weltweiten Edelstahlverbrauchs aus. Im Allgemeinen ist er nicht magnetisch, aber manchmal ist er magnetisch oder weist aufgrund von Schwankungen der chemischen Zusammensetzung beim Schmelzen oder der Verarbeitung einen schwachen Magnetismus auf. Wir können jedoch nicht davon ausgehen, dass dies gefälscht oder minderwertig ist. Was ist der Grund dafür?

304 ist ein metastabiler Edelstahl, der nach dem Glühen eine einzelne Austenitstruktur aufweist und nicht magnetisch ist. Durch Entmischung der Schmelzzusammensetzung oder unsachgemäße Wärmebehandlung entsteht eine kleine Menge Martensit- oder Ferritstruktur, daher mit schwacher Magnetkraft. Darüber hinaus erfährt ein Teil der Austenitstruktur nach der Kaltverarbeitungsverformung (wie Stanzen, Strecken, Walzen usw.) auch einen Phasenwechsel (allgemeine Mutation zu Martensit) und ist magnetisch.

Beispielsweise ist in derselben Charge von Stahlstreifen der Außendurchmesser eines 76 mm großen Stahlrohrs nicht offensichtlich magnetisch, während der Außendurchmesser eines 9,5 mm großen Stahlrohrs offensichtlich magnetisch ist. Die magnetischen Eigenschaften des quadratischen Rechteckrohrs sind deutlicher, da die Kaltbiegeverformung größer ist als die des Rundrohrs, insbesondere im Biegeteil.

Die meisten Wasserspülen bestehen aus Edelstahl 304. Viele Verbraucher beurteilen, ob ein Wassertank aus Edelstahl 304 besteht, danach, ob er magnetisch ist oder nicht. Derzeit gibt es viele Arten von Verarbeitungstechnologien für Spülen, wie z. B. Schweißformen, integrierte Zugformung usw. Wenn 304-Material zum Schweißen verwendet wird, wird es im Allgemeinen nach der Plattenverarbeitung geglüht und ist nicht oder nur schwach magnetisch (aufgrund der Oberflächenbehandlung der Spüle). Eine der Wassertank-Ziehformen muss mehrere Dehnungsvorgänge durchlaufen, ein allgemeines Glühen und dann ein Strecken (Glühen erhöht die Kosten, und 304 muss nicht erneut geglüht werden), es wird magnetisch, was ein ganz normales Phänomen ist.

Wenn Edelstahlbälge in Mantelwärmetauschern verwendet werden

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Der Balgrohrwärmetauscher ist eine Weiterentwicklung eines geraden (blanken) Rohrwärmetauschers. Das Design von Wellenberg und Wellental übernimmt die Vorteile des Rohrwärmetauschers wie Haltbarkeit und Sicherheit und überwindet gleichzeitig die Mängel wie schlechte Wärmeübertragungskapazität und leichte Skalierung. Das Prinzip besteht darin, den gesamten Wärmeübertragungskoeffizienten zu verbessern, um die erforderliche Wärmeübertragungsfläche zu verringern, wodurch Material gespart und das Gewicht bei gleicher Wärmeübertragungswirkung reduziert werden kann.

Da der Balgkörper durch Kaltpressen von helles Rohr Knüppel, es wird allgemein angenommen, dass der Balgkörper nach dem Formen verstärkt werden kann. Das Experiment zur Stabilität des Außendrucks zeigt, dass die Instabilität des gewellten Wärmeaustauschrohrs unter Außendruck zuerst im geraden Rohrabschnitt auftritt und das gewellte Rohr nur dann instabil wird, wenn der Außendruck weiter ansteigt. Dies zeigt, dass die Stabilität des gewellten Abschnitts besser ist als die des geraden Abschnitts und dass der kritische Druck des gewellten Abschnitts höher ist als der des geraden Abschnitts.

Experimente haben gezeigt, dass die Knickverformung in Wellentälern auftritt, insbesondere in einzelnen lokalen Wellentälern. Im Allgemeinen treten nicht mehr als zwei Wellentäler gleichzeitig instabil auf. Dies zeigt, dass die Stabilität des Wellenbergs besser ist als die des Wellentals. Manchmal kann jedoch auch das Gegenteil der Fall sein. Beim Kaltpressen bleibt die Wandstärke sowohl im Wellental als auch im geraden Abschnitt konstant. Nach dem Kaltpressen ist das Rohr tatsächlich kürzer.

Das Vorhandensein von Wellenbergen und -tälern im Balg verstärkt den Effekt der radialen Wärmeaustauschkonvektion in den Rohren, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:

Die radiale Konvektion hat einen großen Einfluss auf den gesamten Wärmeübergangskoeffizienten, was der Hauptgrund für den niedrigen Preis und das geringe Gewicht des Doppelrohrplattenbalgwärmetauschers ist. Die Wärmeaustauschfläche des Rohr Die Körperoberfläche des Balgs und des geraden Rohrs ist bei gleicher Länge groß, aber diese Änderung ist weitaus geringer als der Beitrag der Änderung des Koeffizientenwerts. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Strömungsgeschwindigkeit des geraden (leichten) Rohrs deutlich abnimmt, wenn es sich nahe der Rohrwand befindet.

Der Mantelwärmetauscher mit Balg kann im Vergleich zu einem geraden Rohrwärmetauscher die Geschwindigkeit und Richtung der Flüssigkeit ständig ändern, wodurch Turbulenzen entstehen, wodurch Wärme mit der Wand ausgetauscht wird und der Randeffekt, der die Wärmeübertragung beeinflusst, nicht mehr auftritt. Der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient kann um das 2- bis 3-fache erhöht werden, im tatsächlichen Betrieb sogar um das 5-fache, und das Gewicht ist gering, weshalb der Preis des Balgwärmetauschers niedriger ist als der eines geraden Rohrwärmetauschers. Berechnungen und praktischen Erfahrungen zufolge ist der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient eines 1 mm dicken Balgs 10% niedriger als der eines 0,5 mm dicken Balgs. Die Betriebsdaten von Hunderten von Balgwärmetauschern zeigen, dass die Wandstärke (fast immer 0,5 mm) der Hauptgrund dafür ist, dass der Betrieb 10 bis 14 Jahre lang ohne größere Reparaturen oder Schäden möglich ist.

Darüber hinaus kann der Balgwärmetauscher dem Aufprall eines Wasserschlags wirksam widerstehen. Die Hülle des Doppelrohrplattenwärmetauschers ist mit einer Dehnungsfuge verbunden. Wenn sie dem Aufprall eines Wasserschlags ausgesetzt ist, wird die Dehnungsfuge verstellt. Dies passiert sowohl bei Balg- als auch bei geraden Rohrwärmetauschern, und die Verformung der Hülle kann dazu führen, dass sich das Rohr verdreht. Da der Balg einen größeren Dehnungsspielraum hat, ist der elastische Dehnungsspielraum bei Verformung groß, d. h. die Fähigkeit, Instabilitäten zu widerstehen, ist in diesem Fall stark. In jedem Fall können während des Installationsprozesses Wasserschläge durch den Einsatz von Winkelsitzventilen, Verzögerungsschaltern und anderen Maßnahmen vermieden werden.

Vorteile des Edelstahl-Faltenbalg-Wärmetauschers

  • Hohe Wärmeübertragungseffizienz

Das spezielle Design des Balgs mit seinen Wellen und Wellentälern sorgt dafür, dass die Flüssigkeit fließt, da sich die Innen- und Außenseite des Rohrs ständig verändern und starke Turbulenzen bilden. Selbst bei einer sehr geringen Durchflussrate kann die Flüssigkeit innerhalb und außerhalb des Rohrs starke Turbulenzen bilden, was den Wärmeübergangskoeffizienten des Wärmeaustauschrohrs erheblich verbessert. Der Wärmeübergangskoeffizient ist 2- bis 3-mal höher als der eines herkömmlichen Rohrwärmetauschers.

  • Kein Skalieren und Blockieren

Das Medium innerhalb und außerhalb des Balgs befindet sich immer in einem sehr turbulenten Zustand, wodurch sich auf den Feststoffpartikeln im Medium nur schwer Kalk ablagern kann. Andererseits wird durch den Temperaturunterschied des Mediums eine Spur axialer Ausdehnungsverformung erzeugt, die Krümmung wird sich häufig ändern, Schmutz und Wärmeaustauschrohr werden eine große Zugkraft erzeugen, sodass es, selbst wenn Kalk vorhanden ist, automatisch abbricht, sodass der Wärmetauscher immer eine dauerhafte und bessere Wärmeübertragungsleistung behält.

  • Automatische Kompensation

Die spezielle Struktur und Form des Balgs kann die thermische Belastung unter Erhitzungsbedingungen wirksam reduzieren, ohne dass Dehnungsfugen hinzugefügt werden müssen. Auf diese Weise wird die Struktur der Produkte vereinfacht und ihre Zuverlässigkeit verbessert.

  • Lange Lebensdauer

Die axiale Ausdehnungsfähigkeit wird verbessert, wodurch die Temperaturunterschiedsspannung effektiv verringert wird und eine Anpassung an große Temperaturunterschiede und Druckänderungen möglich ist, sodass es zu keinen Leckagen durch Rohrmündungsbrüche kommt. Die Verbindung zwischen Prallplatte und Balg verlängert die Lebensdauer des Wärmetauschers.

 

Edelstahl 304 VS Edelstahl 403

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Die Güten 304 und 430 sind häufig verwendete Edelstahlsorten. Edelstahl 304 ist ein allgemeiner Typ von austenitischem Chrom-Nickel-Edelstahl mit einer Dichte von 7,93 g/cm³. Er wird auch als Edelstahl 18/8 bezeichnet und ist der am häufigsten verwendete Stahl der 300er-Serie. Er hält hohen Temperaturen von 800 °C stand, weist gute Verarbeitungseigenschaften und Zähigkeit auf und wird häufig für Geräte und Teile verwendet, die eine gute Gesamtleistung (Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit) erfordern. 304L ist eine kohlenstoffarme Version von 304, die kein Glühen nach dem Schweißen erfordert und daher häufig für dicke Teile (ca. 5 mm und mehr) verwendet wird. Der höhere Kohlenstoffgehalt von 304H kann bei hohen Temperaturen verwendet werden. Die geglühte Austenitstruktur verleiht diesen Güten auch bei niedrigen Gefriertemperaturen eine hervorragende Zähigkeit.

430 mit niedrigem Kohlenstoff- und hohem Chromgehalt ist einer der am häufigsten verwendeten ferritischen rostfreien Stähle mit guter Korrosionsbeständigkeit, auch bekannt als 18/0 oder 18-0, und gehört zur 400er-Serie der rostfreien Stähle. Er kann durch Kaltbearbeitung leicht verstärkt werden, hat jedoch eine schlechte Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und kann im Allgemeinen nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden. Seine Wärmeleitfähigkeit ist besser als die von Austenit, der Wärmeausdehnungskoeffizient ist kleiner als der von Austenit, er ist hitzebeständig und ermüdungsbeständig. Durch die Zugabe des stabilisierenden Elements Titan sind die mechanischen Eigenschaften der Schweißnähte gut und er kann für Gebäudedekorationen, Teile von Brennstoffbrennern, Haushaltsgeräte und Haushaltsgeräteteile verwendet werden. 430F ist eine Stahlsorte mit freier Schneidleistung auf 430-Stahl, die hauptsächlich für automatische Drehmaschinen, Schrauben und Muttern usw. verwendet wird. 430LX fügt dem 430-Stahl Ti oder Nb hinzu, reduziert den C-Gehalt und verbessert die Verarbeitungs- und Schweißleistung. Es wird hauptsächlich für Warmwasserspeicher, Heizwassersysteme, Sanitärgeräte, langlebige Haushaltsgeräte, Fahrradschwungräder usw. verwendet.

 

Gemäß ASTM A240 – Spezifikationen für Chrom- und Chrom-Nickel-Edelstahlplatten, -bleche und -streifen für Druckbehälter und allgemeine Zwecke – muss Edelstahl 430 weniger als 0,121 TP3T Kohlenstoff, zwischen 16 und 181 TP3T Chrom und weniger als 0,751 TP3T Nickel enthalten. Der Unterschied zwischen 304 und 430 ist in der folgenden Tabelle dargestellt:

Vergleich der chemischen Zusammensetzung 

UNS C Mn P S Si Cr Ni Mo
S30400 0.07 2.00 0.045 0.03 0.75 17.5-19.5 8.0-10.5 /
S43000 0.12 1,00 0.04 0.03 1.00 16.0-18.0 0.75 /

 

Vergleich mechanischer Eigenschaften

Noten Streckgrenze, Mpa Zugfestigkeit, Mpa Dehnung in 2 /50mm, min, % Härte, HBW
304 205 515 40 183
403 205 450 22 201

 

Zusammenfassend unterscheiden sie sich hauptsächlich in den folgenden Punkten:

  • Korrosionsbeständigkeit: Die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl 304 ist besser als die von 430. Da Edelstahl 430 16,00–18,00% Chrom enthält und grundsätzlich kein Nickel, enthält Edelstahl 304 mehr Chrom und Nickel.
  • Stabilität: 430 Edelstahl hat eine ferritische Form, 304 Edelstahl ist austenitisch und stabiler als 430 Edelstahl;
  • Zähigkeit: Die Zähigkeit von 304 ist höher als die von 430 Edelstahl;
  • Wärmeleitfähigkeit: Die Wärmeleitfähigkeit von ferritischem 430-Edelstahl ist wie die von 304-Edelstahl;
  • Mechanische Eigenschaften: Die mechanischen Eigenschaften der Schweißnähte von Edelstahl 430 sind aufgrund der Zugabe des stabilen chemischen Elements Titan besser als die von Edelstahl 304.

Welchen Einfluss hat Stickstoff auf Edelstahl 316LN?

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316LN ist die Version mit Stickstoffzusatz basierend auf 316L Stahl (0,06% ~ 0,08%), sodass es die gleichen Eigenschaften wie 316L aufweist, wurde bei der Herstellung von Hochtemperatur-Strukturkomponenten in schnellen Brütern (FBRS) verwendet. Durch die Reduzierung des Kohlenstoffgehalts wird die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion durch Schweißen in nachfolgenden korrosiven Umgebungen erheblich verringert. Das Kriechen, die Ermüdung bei geringer Zyklenzahl und die Wechselwirkung zwischen Kriechen und Ermüdung sind die wichtigsten Überlegungen für FBRS-Komponenten. Die Hochtemperaturfestigkeit von 316L Edelstahl kann durch Legieren von 0,06% – 0,08% N zu Edelstahl 316 verbessert werden. Der Einfluss eines Stickstoffgehalts über 0,08% auf die mechanischen Eigenschaften von Edelstahl 316L bei hohen Temperaturen wird in diesem Dokument erörtert.

 

Chemische Zusammensetzung von 316LN Edelstahl

Ofen N C Mn Cr Mo Ni Si S P Fe
Normen 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 –

Diese vier Chargen von 316LN-Edelstahl mit einem Stickstoffgehalt von 0,07%, 0,11%, 0,14% und 0,22% und einem Kohlenstoffgehalt von 0,03% wurden getestet, um die Wirkung von Stickstoff auf die Zugfestigkeit, Kriechfestigkeit, Kurzzeitermüdung und Kriechermüdungseigenschaften von 316LN-Edelstahl zu untersuchen. Ziel dieses Experiments ist es, den optimalen Stickstoffgehalt zu ermitteln, um die beste Kombination aus Zugfestigkeit, Kriechfestigkeit und Kurzzeitermüdungseigenschaften zu erhalten. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass Stickstoff die Zugfestigkeit, Kriechfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit von austenitischem Edelstahl verbessern kann. Die Gründe für die Festigkeitssteigerung sind Lösungsverbesserung, verringerte Stapelfehlerenergie (SFE), Ausscheidungshärtung, Bildung von Verbundstoffen (interstitielle gelöste Stoffe), atomare Segregation und geordnete Härtung. Aufgrund der unterschiedlichen Elektronenaustauscheigenschaften hat der gelöste Stickstoff in austenitischem Edelstahl ein größeres Ausdehnungsvolumen als Kohlenstoff.

Neben der elastischen Wechselwirkung zwischen Stickstoff und Versetzung beeinflusst auch die elektrostatische interstitielle Versetzungswechselwirkung die Festigkeit. Versetzungskerne zeichnen sich durch den Mangel an freien Elektronen aus, was bedeutet, dass sie eine positive Ladung aufweisen. Die Stickstoffatome in austenitischem rostfreiem Stahl sind aufgrund der Position der freien Elektronen in der Nähe der Stickstoffatome und der elektrostatischen Wechselwirkung zwischen den Versetzungen und den Stickstoffatomen negativ geladen.

Die effektive Bindungsenergie zwischen dem Stickstoffatom und der Versetzung steigt mit steigendem Stickstoffgehalt in austenitischem Stahl, aber bei Kohlenstoff ist dieser Zusammenhang nicht offensichtlich. In austenitischem Stahl interstitieller Stickstoff interagiert mit Substituentenelementen und neigt dazu, interstitielle Substituentenatomzusammensetzungen zu bilden. Die Verbindung bindet sich leicht an Elemente links von Fe im Periodensystem, wie etwa Mn, Cr, Ti und V. Es besteht ein starker Zusammenhang zwischen den Eigenschaften der interatomaren Bindung (das heißt, Orientierung versus Unorientierung) und der Nähe benachbarter Atome in einem Mehrkomponentenlegierungssystem. Bindungen zwischen Metallatomen erleichtern die Nahordnung, also die Bindung von Atomen verschiedener Elemente. Interatomare Polarisation erleichtert den Austausch kovalenter Elektronen, also die Bindung zwischen Atomen desselben Elements. Kohlenstoff fördert die Aggregation von Substitutionsatomen in der eisenbasierten festen Lösung, während Stickstoff die Nahordnung erleichtert.

Im Allgemeinen sind die Streckgrenze(YS) und die Zugfestigkeit(UTS) von 316L Edelstahl wird durch die Legierung mit 0,07% ~ 0,22% Stickstoff deutlich verbessert. Die Festigkeitssteigerung wurde in allen Tests im Temperaturbereich von 300 ~ 1123 K beobachtet. Dynamische Reckalterung wurde innerhalb eines begrenzten Temperaturbereichs beobachtet. Der Temperaturbereich der dynamischen Reckalterung (DSA) verringert sich mit zunehmendem Stickstoffgehalt.