Bagaimana Nitrogen mempengaruhi baja tahan karat 316LN?

316LN adalah versi penambahan Nitrogen berdasarkan baja 316L (0,06% ~ 0,08%), sehingga memiliki karakteristik yang sama dengan 316L, telah digunakan dalam pembuatan komponen struktur suhu tinggi pada reaktor fast breeder (FBRS). Mengurangi kandungan karbon sangat mengurangi kerentanan terhadap retak korosi akibat pengelasan di lingkungan korosif berikutnya. Creep, siklus kelelahan yang rendah dan interaksi creep-kelelahan adalah pertimbangan yang paling penting untuk komponen FBRS. Kekuatan suhu tinggi dari Baja tahan karat 316L dapat ditingkatkan menjadi baja tahan karat 316 dengan paduan 0,06% ~ 0,08% N. Pengaruh kandungan nitrogen lebih tinggi dari 0,08% terhadap sifat mekanik baja tahan karat 316L pada suhu tinggi akan dibahas dalam makalah ini.

 

Komposisi kimia baja tahan karat 316LN

Perapian	N	C	M N	Kr	Mo	Tidak	Ya	S	P	Fe
Standar	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	–

Keempat batch baja tahan karat 316LN dengan kandungan nitrogen 0,07%, 0,11%, 0,14% dan 0,22%, serta kandungan karbon 0,03%, diuji untuk mempelajari pengaruh nitrogen terhadap tarik, mulur, kelelahan siklus rendah, dan mulur. -sifat kelelahan dari baja tahan karat 316LN. Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mencari kandungan nitrogen optimum sehingga diperoleh kombinasi sifat tarik, mulur dan kelelahan siklus rendah yang terbaik. Hasil percobaan menunjukkan bahwa nitrogen dapat meningkatkan kekuatan tarik, mulur dan kekuatan lelah baja tahan karat austenitik. Alasan peningkatan kekuatan meliputi peningkatan larutan, pengurangan energi kesalahan susun (SFE), pengerasan presipitasi, pembentukan komposit (zat terlarut interstisial), segregasi atom, dan pengerasan teratur. Karena sifat pertukaran elektronnya yang berbeda, nitrogen terlarut dalam baja tahan karat austenitik memiliki volume muai yang lebih besar daripada karbon.

Selain interaksi elastis antara nitrogen dan dislokasi, interaksi dislokasi interstisial elektrostatik juga mempengaruhi kekuatan. Inti dislokasi ditandai dengan kurangnya elektron bebas, yang berarti mempunyai muatan positif. Atom nitrogen dalam baja tahan karat austenitik bermuatan negatif karena posisi elektron bebas di dekat atom nitrogen dan interaksi elektrostatik antara dislokasi dan atom nitrogen.

Energi pengikatan efektif antara atom nitrogen dan dislokasi meningkat seiring dengan peningkatan kandungan nitrogen dalam baja Austenitik, namun korelasinya tidak jelas untuk karbon. Pada baja Austenitik, nitrogen interstisial berinteraksi dengan unsur substituen dan cenderung membentuk komposisi atom substituen interstisial. Senyawa ini mudah berikatan dengan unsur-unsur di sebelah kiri Fe dalam tabel periodik, seperti Mn, Cr, Ti dan V. Terdapat korelasi yang kuat antara sifat-sifat ikatan antar atom (yaitu orientasi versus unorientasi) dan kedekatan unsur-unsur yang berdekatan. atom dalam sistem paduan multikomponen. Ikatan antar atom logam memfasilitasi keteraturan jangka pendek, yaitu ikatan atom dari unsur yang berbeda. Polarisasi antar atom memfasilitasi pertukaran elektron kovalen, ikatan antar atom dari unsur yang sama. Karbon mendorong agregasi atom substitusi dalam larutan padat berbasis besi, sementara nitrogen memfasilitasi pemesanan jangka pendek.

Secara umum kekuatan luluh (YS) dan kekuatan tarik ultimit (UTS) sebesar 316L baja tahan karat ditingkatkan secara signifikan dengan paduan nitrogen 0,07% ~ 0,22%. Peningkatan kekuatan diamati di semua pengujian pada kisaran suhu 300 ~ 1123K. Penuaan regangan dinamis diamati dalam kisaran suhu terbatas. Kisaran suhu penuaan regangan dinamis (DSA) menurun seiring dengan meningkatnya kandungan nitrogen.