In che modo l'azoto influisce sull'acciaio inossidabile 316LN?

316LN è la versione per l'aggiunta di azoto basata su Acciaio 316L (0,06% ~ 0,08%), in modo che abbia le stesse caratteristiche del 316L, è stato utilizzato nella produzione di componenti strutturali ad alta temperatura nel reattore autofertilizzante veloce (FBRS). La riduzione del contenuto di carbonio riduce notevolmente la suscettibilità alla tensocorrosione dovuta alla saldatura in successivi ambienti corrosivi. Il creep, la fatica a basso numero di cicli e l'interazione creep-fatica sono le considerazioni più importanti per i componenti FBRS. La resistenza alle alte temperature di Acciaio inossidabile 316L può essere migliorato in acciaio inossidabile 316 legando 0,06% ~ 0,08% N. L'influenza del contenuto di azoto superiore a 0,08% sulle proprietà meccaniche dell'acciaio inossidabile 316L ad alta temperatura sarà discussa in questo documento.

 

Composizione chimica dell'acciaio inossidabile 316LN

Forno	N	C	Mn	Cr	Mo	Ni	Sì	S	P	Fe
Standard	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	–

Questi quattro lotti di acciaio inossidabile 316LN con un contenuto di azoto di 0,07%, 0,11%, 0,14% e 0,22% e un contenuto di carbonio di 0,03% sono stati testati per studiare gli effetti dell'azoto su trazione, scorrimento viscoso, fatica a basso numero di cicli e scorrimento viscoso. -proprietà a fatica dell'acciaio inossidabile 316LN. Lo scopo di questo esperimento è trovare il contenuto ottimale di azoto per ottenere la migliore combinazione di proprietà di trazione, scorrimento viscoso e fatica a basso numero di cicli. I risultati sperimentali mostrano che l’azoto può migliorare la resistenza alla trazione, allo scorrimento viscoso e alla fatica degli acciai inossidabili austenitici. Le ragioni dell'aumento della resistenza includono il miglioramento della soluzione, la riduzione dell'energia di faglia di impilamento (SFE), l'indurimento per precipitazione, la formazione di compositi (soluti interstiziali), la segregazione atomica e l'indurimento ordinato. A causa delle diverse proprietà di scambio elettronico, l’azoto disciolto nell’acciaio inossidabile austenitico ha un volume di espansione maggiore rispetto al carbonio.

Oltre all’interazione elastica tra azoto e dislocazione, anche l’interazione elettrostatica della dislocazione interstiziale influenza la resistenza. I nuclei dislocati sono caratterizzati dalla mancanza di elettroni liberi, il che significa che hanno una carica positiva. Gli atomi di azoto negli acciai inossidabili austenitici sono caricati negativamente a causa della posizione degli elettroni liberi vicino agli atomi di azoto e dell'interazione elettrostatica tra le dislocazioni e gli atomi di azoto.

L'effettiva energia di legame tra l'atomo di azoto e la dislocazione aumenta con l'aumento del contenuto di azoto nell'acciaio austenitico, ma la correlazione non è ovvia per il carbonio. Negli acciai austenitici l'azoto interstiziale interagisce con gli elementi sostituenti e tende a formare composizioni atomiche sostituenti interstiziali. Il composto si lega facilmente agli elementi a sinistra del Fe nella tavola periodica, come Mn, Cr, Ti e V. Esiste una forte correlazione tra le proprietà del legame interatomico (cioè orientamento rispetto a non orientamento) e la vicinanza di elementi adiacenti atomi in un sistema di leghe multicomponente. Il legame tra atomi di metallo facilita l'ordinamento a corto raggio, che è il legame di atomi di elementi diversi. La polarizzazione interatomica facilita lo scambio di elettroni covalenti, il legame tra atomi dello stesso elemento. Il carbonio promuove l'aggregazione degli atomi di sostituzione nella soluzione solida a base di ferro, mentre l'azoto facilita l'ordinamento a corto raggio.

In generale, il carico di snervamento (YS) e il carico di rottura (UTS) di 316L l'acciaio inossidabile è significativamente migliorato dalla lega di 0,07% ~ 0,22% di azoto. L'aumento della resistenza è stato osservato in tutti i test nell'intervallo di temperature compreso tra 300 e 1123 K. L'invecchiamento dinamico della deformazione è stato osservato entro un intervallo di temperature limitato. L'intervallo di temperature dell'invecchiamento a deformazione dinamica (DSA) diminuisce con l'aumento del contenuto di azoto.