¿Cómo afecta el nitrógeno al acero inoxidable 316LN?

316LN es la versión de adición de nitrógeno basada en acero 316L (0.06% ~ 0.08%), por lo que tiene las mismas características que el 316L, se ha utilizado en la fabricación de componentes estructurales de alta temperatura en reactores reproductores rápidos (FBRS). La reducción del contenido de carbono reduce en gran medida la susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión debido a la soldadura en entornos corrosivos posteriores. La fluencia, la fatiga de ciclo bajo y la interacción fluencia-fatiga son las consideraciones más importantes para los componentes de FBRS. La resistencia a altas temperaturas de acero inoxidable 316L se puede mejorar a acero inoxidable 316 mediante una aleación de 0.06% ~ 0.08% N. La influencia del contenido de nitrógeno superior al 0.08% en las propiedades mecánicas del acero inoxidable 316L a alta temperatura se discutirá en este documento.

 

Composición química del acero inoxidable 316LN

Horno	N	C	Mn	Cr	Mo	Ni	Si	S	P	Fe
Estándares	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%, se probaron para estudiar los efectos del nitrógeno en la tracción, fluencia, fatiga de ciclo bajo y fluencia. -Propiedades de 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 ciclo bajo. Los resultados experimentales muestran que el nitrógeno puede mejorar la resistencia a la tracción, la fluencia y la resistencia a la fatiga de los aceros inoxidables austeníticos. Las razones del aumento de la resistencia incluyen la mejora de la solución, la energía de falla de apilamiento reducida (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 carbono.

Además de la interacción elástica entre el nitrógeno y la dislocación, la interacción de la dislocación intersticial electrostática también influye en la fuerza. Los núcleos de dislocación se caracterizan por la falta de electrones libres, lo que significa que tienen 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 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 obvia para el carbono. En los aceros austeníticos, el nitrógeno intersticial interactúa con los elementos sustituyentes y tiende a formar composiciones atómicas sustituyentes intersticiales. El compuesto se une fácilmente a los elementos a la izquierda de Fe en la tabla periódica, como Mn, Cr, Ti y V.Existe una fuerte correlación entre las propiedades del enlace interatómico (es decir, la orientación frente a la desorientación) y la proximidad de los enlaces adyacentes. átomos en un sistema de aleación multicomponente. La unión entre átomos de metal facilita el ordenamiento de corto alcance, que es la unión de átomos de diferentes elementos. La polarización interatómica facilita el intercambio de electrones covalentes, el enlace entre átomos de un mismo elemento. El carbono promueve la agregación de átomos de sustitución en la solución sólida a base de hierro, mientras que el nitrógeno facilita la ordenación a corto plazo.

En general, el límite elástico (YS) y el límite máximo de tracción (UTS) de 316L el acero inoxidable se mejora significativamente mediante la aleación de 0.07% ~ 0.22% de nitrógeno. El aumento de resistencia se observó en todas las pruebas en el rango de temperatura de 300 ~ 1123K. Se observó envejecimiento dinámico por deformación dentro de un rango de temperatura limitado. El rango de temperatura de envejecimiento dinámico por deformación (DSA) disminuye con el aumento del contenido de nitrógeno.