¿Cómo afecta el nitrógeno al acero inoxidable 316LN?

316LN es la versión basada en la adición de nitrógeno Acero 316L (0,06% ~ 0,08%), de manera que tenga las mismas características que el acero inoxidable 316L. Se ha utilizado en la fabricación de componentes estructurales de alta temperatura en reactores de enriquecimiento rápido (FBRS). La reducción del contenido de carbono reduce considerablemente la susceptibilidad a la fisuración por corrosión debido a la soldadura en entornos corrosivos posteriores. La interacción entre el escalamiento, la fatiga de bajo ciclo y el escalamiento son las consideraciones más importantes para los componentes de los reactores de enriquecimiento rápido. La resistencia a altas temperaturas de estos componentes es muy superior a la del acero inoxidable 316L. Acero inoxidable 316L Se puede mejorar el acero inoxidable 316 mediante la aleación 0.06% de ~0,08% N. En este artículo se analizará la influencia del contenido de nitrógeno superior a 0,08% en las propiedades mecánicas del acero inoxidable 316L a alta temperatura.

 

Composición química del acero inoxidable 316LN

Horno	N	C	Mn	Cr	Mo	No	Sí	S	P	Fe
Normas	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	–

Estos cuatro lotes de acero inoxidable 316LN con un contenido de nitrógeno de 0,07%, 0,11%, 0,14% y 0,22, y un contenido de carbono de 0,03%%, fueron sometidos a pruebas para estudiar los efectos del nitrógeno en las propiedades de tracción, fluencia, fatiga de bajo ciclo y fluencia-fatiga del acero inoxidable 316LN. El objetivo de este experimento es encontrar el contenido de nitrógeno óptimo para obtener la mejor combinación de propiedades de tracción, fluencia y fatiga de bajo ciclo. Los resultados experimentales muestran que el nitrógeno puede mejorar la resistencia a la tracción, la fluencia y la fatiga del acero inoxidable austenítico. Las razones para este aumento de la resistencia incluyen la mejora de la solución, la reducción de la energía de fallo de empalme (SFE), el endurecimiento por precipitación, la formación de compuestos (solutos intersticiales), la segregación atómica y el endurecimiento ordenado. Debido a sus diferentes propiedades de intercambio de electrones, el nitrógeno disuelto en el acero inoxidable austenítico tiene un volumen de expansión mayor que el del carbono.

Además de la interacción elástica entre el nitrógeno y las dislocaciones, la interacción electrostática intersticial de las dislocaciones también influye en la resistencia. Los núcleos de dislocación se caracterizan por la ausencia de electrones libres, lo que significa que tienen una carga positiva. Los átomos de nitrógeno en los aceros inoxidables austeníticos están cargados negativamente debido a la posición de los electrones libres cerca de los átomos de nitrógeno y a la interacción electrostática entre las dislocaciones y los átomos de nitrógeno.

La energía de enlace efectiva entre el átomo de nitrógeno y la dislocación aumenta con el aumento del contenido de nitrógeno en el acero austenítico, pero la correlación no es evidente para el carbono. En los aceros austeníticos, el nitrógeno intersticial interactúa con los elementos sustituyentes y tiende a formar composiciones atómicas de sustituyentes intersticiales. El compuesto se une fácilmente a los elementos situados a la izquierda del hierro en la tabla periódica, como Mn, Cr, Ti y V. Existe una fuerte correlación entre las propiedades de la unión interatómica (es decir, la orientación versus la no orientación) y la proximidad de los átomos adyacentes en un sistema de aleación multicomponente. La unión entre los átomos metálicos facilita la ordenación de corto alcance, que es la unión de átomos de elementos diferentes. La polarización interatómica facilita el intercambio de electrones covalentes, la unión entre los átomos del mismo elemento. El carbono promueve la agregación de átomos de sustitución en la solución sólida basada en hierro, mientras que el nitrógeno facilita la ordenación a corto alcance.

En general, la resistencia a la tracción (YS) y la resistencia a la tracción final (UTS) de 316L El acero inoxidable se mejora significativamente mediante la aleación de 0,07% ~ 0,22% de nitrógeno. Se observó un aumento de la resistencia en todos los ensayos en el intervalo de temperatura de 300 ~ 1123 K. Se observó un envejecimiento dinámico por deformación dentro de un rango de temperatura limitado. El rango de temperatura del envejecimiento dinámico por deformación (DSA) disminuye con el aumento del contenido de nitrógeno.