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

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316LN è la versione con 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 ambienti corrosivi successivi. L'interazione creep, fatica a basso ciclo e creep-fatica sono le considerazioni più importanti per i componenti FBRS. La resistenza alle alte temperature di Acciaio inox 316L può essere migliorato all'acciaio inossidabile 316 legando 0.06% ~ 0.08% N. L'influenza del contenuto di azoto superiore allo 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 Si S P Fe
Internazionali 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 dello 0.07%, 0.11%, 0.14% e 0.22% e un contenuto di carbonio dello 0.03%, sono stati testati per studiare gli effetti dell'azoto su trazione, scorrimento, fatica a basso ciclo e scorrimento - proprietà di 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 e fatica a basso ciclo. I risultati sperimentali mostrano che l'azoto può migliorare la resistenza alla trazione, allo scorrimento 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 loro diverse proprietà di scambio di elettroni, l'azoto disciolto nell'acciaio inossidabile austenitico ha un volume di espansione maggiore del carbonio.

Oltre all'interazione elastica tra azoto e dislocazione, anche l'interazione elettrostatica della dislocazione interstiziale influenza la forza. I nuclei di dislocazione 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'energia di legame effettiva 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 di Fe nella tavola periodica, come Mn, Cr, Ti e V. Esiste una forte correlazione tra le proprietà del legame interatomico (cioè l'orientamento rispetto al disorientamento) e la vicinanza dell'adiacente 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 notevolmente migliorato dalla lega di 0.07% ~ 0.22% di azoto. L'aumento della forza è stato osservato in tutti i test nell'intervallo di temperatura di 300 ~ 1123K. L'invecchiamento dinamico del ceppo è stato osservato entro un intervallo di temperatura limitato. L'intervallo di temperatura dell'invecchiamento dinamico della deformazione (DSA) diminuisce con l'aumentare del contenuto di azoto.