Hoe beïnvloedt de stikstof 316LN roestvrij staal?

316LN is de versie met stikstoftoevoeging, gebaseerd op 316L staal (0,06% ~ 0,08%), zodat het dezelfde kenmerken heeft als 316L, is gebruikt bij de vervaardiging van structurele componenten op hoge temperatuur in een snelle kweekreactor (FBRS). Het verminderen van het koolstofgehalte vermindert de gevoeligheid voor spanningscorrosiescheuren als gevolg van lassen in daaropvolgende corrosieve omgevingen aanzienlijk. De interactie tussen kruip, lage cyclusvermoeidheid en kruip-vermoeidheid zijn de belangrijkste overwegingen voor FBRS-componenten. De hoge temperatuursterkte van 316L roestvrij staal kan worden verbeterd tot 316 roestvrij staal door 0,06% ~ 0,08% N te legeren. De invloed van een stikstofgehalte hoger dan 0,08% op de mechanische eigenschappen van 316L roestvrij staal bij hoge temperatuur zal in dit artikel worden besproken.

 

Chemische samenstelling van 316LN roestvrij staal

Oven	N	C	Mn	Cr	ma	Ni	Si	S	P	Fe
Normen	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	–

Deze vier batches 316LN roestvrij staal met een stikstofgehalte van 0,07%, 0,11%, 0,14% en 0,22%, en een koolstofgehalte van 0,03%, werden getest om de effecten van stikstof op trek, kruip, lage-cyclusvermoeidheid en kruip te bestuderen. -vermoeidheidseigenschappen van 316LN roestvrij staal. Het doel van dit experiment is het vinden van het optimale stikstofgehalte om de beste combinatie van trek-, kruip- en lage cyclusvermoeiingseigenschappen te verkrijgen. De experimentele resultaten laten zien dat stikstof de treksterkte, kruip- en vermoeiingssterkte van austenitisch roestvast staal kan verbeteren. De redenen voor de toename in sterkte zijn onder meer oplossingsverbetering, verminderde stapelfoutenergie (SFE), precipitatieharding, vorming van composieten (interstitiële opgeloste stoffen), atomaire segregatie en geordende verharding. Vanwege hun verschillende elektronenuitwisselingseigenschappen heeft de opgeloste stikstof in austenitisch roestvast staal een groter expansievolume dan koolstof.

Naast de elastische interactie tussen stikstof en dislocatie beïnvloedt ook de elektrostatische interstitiële dislocatie-interactie de sterkte. Dislocatiekernen worden gekenmerkt door het ontbreken van vrije elektronen, waardoor ze een positieve lading hebben. De stikstofatomen in austenitisch roestvast staal zijn negatief geladen vanwege de positie van vrije elektronen nabij de stikstofatomen en de elektrostatische interactie tussen de dislocaties en de stikstofatomen.

De effectieve bindingsenergie tussen het stikstofatoom en de dislocatie neemt toe met de toename van het stikstofgehalte in austenitisch staal, maar de correlatie is niet duidelijk voor koolstof. In austenitische staalsoorten heeft interstitiële stikstof een wisselwerking met substituentelementen en heeft de neiging interstitiële atomaire substituentsamenstellingen te vormen. De verbinding bindt zich gemakkelijk aan elementen links van Fe in het periodiek systeem, zoals Mn, Cr, Ti en V. Er is een sterke correlatie tussen de eigenschappen van interatomaire binding (dat wil zeggen oriëntatie versus onoriëntatie) en de nabijheid van aangrenzende atomen in een meercomponentenlegeringssysteem. Binding tussen metaalatomen vergemakkelijkt het ordenen op korte afstand, wat de binding is van atomen van verschillende elementen. Interatomaire polarisatie vergemakkelijkt de uitwisseling van covalente elektronen, de binding tussen atomen van hetzelfde element. Koolstof bevordert de aggregatie van substitutieatomen in de op ijzer gebaseerde vaste oplossing, terwijl stikstof het bestellen op korte afstand vergemakkelijkt.

Over het algemeen zijn de vloeigrens (YS) en de ultieme treksterkte (UTS) van 316L roestvrij staal wordt aanzienlijk verbeterd door het legeren van 0,07% ~ 0,22% stikstof. De toename in sterkte werd waargenomen bij alle tests in het temperatuurbereik van 300 ~ 1123K. Dynamische spanningsveroudering werd waargenomen binnen een beperkt temperatuurbereik. Het temperatuurbereik van dynamische spanningsveroudering (DSA) neemt af met de toename van het stikstofgehalte.