Hoe beïnvloedt de stikstof 316LN roestvrij staal?

316LN is de stikstofadditieversie gebaseerd op 316L staal (0.06% ~ 0.08%), zodat het dezelfde eigenschappen heeft als 316L, is gebruikt bij de vervaardiging van structurele componenten op hoge temperatuur in snelle kweekreactor (FBRS). Door het koolstofgehalte te verlagen, wordt de gevoeligheid voor spanningscorrosie als gevolg van lassen in daaropvolgende corrosieve omgevingen aanzienlijk verminderd. De kruip, lage cyclusvermoeidheid en kruip-vermoeidheid-interactie 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 van meer dan 0.08% op de mechanische eigenschappen van 316L roestvrij staal bij hoge temperatuur zal in dit document worden besproken.

 

Chemische samenstelling van 316LN roestvrij staal

Oven	N	C	Mn	Cr	Mo	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, vermoeidheid bij lage cycli en kruip te bestuderen. -vermoeidheidseigenschappen van 316LN roestvrij staal. Het doel van dit experiment is om het optimale stikstofgehalte te vinden om de beste combinatie van trek-, kruip- en laagcyclische vermoeiingseigenschappen 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 omvatten oplossingsverbetering, verminderde stapelfoutenergie (SFE), precipitatieharden, vorming van composieten (interstitiële opgeloste stoffen), atomaire segregatie en geordende verharding. Vanwege hun verschillende elektronenuitwisselingseigenschappen heeft de opgeloste stikstof in austenitisch roestvrij staal een groter expansievolume dan koolstof.

Naast de elastische interactie tussen stikstof en dislocatie, heeft ook de elektrostatische interstitiële dislocatie-interactie invloed op de sterkte. Dislocatiekernen worden gekenmerkt door het ontbreken van vrije elektronen, wat betekent dat ze een positieve lading hebben. De stikstofatomen in austenitisch roestvast staal zijn negatief geladen door 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 interstitiële stikstof reageert met substituentelementen en neigt interstitiële substituent atomaire samenstellingen te vormen. De verbinding bindt 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 (d.w.z. oriëntatie versus unoriëntatie) en de nabijheid van aangrenzende atomen in een meercomponenten legering systeem. Binding tussen metaalatomen vergemakkelijkt ordening op korte afstand, wat de binding van atomen van verschillende elementen is. Interatomaire polarisatie vergemakkelijkt de uitwisseling van covalente elektronen, de binding tussen atomen van hetzelfde element. Koolstof bevordert de aggregatie van substitutie-atomen in de op ijzer gebaseerde vaste oplossing, terwijl stikstof de ordening op korte afstand vergemakkelijkt.

In het algemeen zijn de vloeigrens (YS) en ultieme treksterkte (UTS) van 316L roestvrij staal wordt aanzienlijk verbeterd door de legering van 0.07% ~ 0.22% stikstof. De toename in sterkte werd bij alle tests waargenomen in het temperatuurbereik van 300 ~ 1123K. Dynamische stamveroudering werd waargenomen binnen een beperkt temperatuurbereik. Het temperatuurbereik van dynamische stamveroudering (DSA) neemt af naarmate het stikstofgehalte toeneemt.