Como o nitrogênio afeta o aço inoxidável 316LN?

316LN é a versão de adição de nitrogênio baseada em Aço 316L (0,06% ~ 0,08%), por ter as mesmas características do 316L, tem sido utilizado na fabricação de componentes estruturais de alta temperatura em reator reprodutor rápido (FBRS). A redução do teor de carbono reduz bastante a suscetibilidade à corrosão sob tensão devido à soldagem em ambientes corrosivos subsequentes. A fluência, a fadiga de baixo ciclo e a interação fluência-fadiga são as considerações mais importantes para os componentes FBRS. A resistência a altas temperaturas de Aço inoxidável 316L pode ser melhorado para aço inoxidável 316 ligando 0,06% ~ 0,08% N. A influência do teor de nitrogênio superior a 0,08% nas propriedades mecânicas do aço inoxidável 316L em alta temperatura será discutida neste artigo.

 

Composição química do aço inoxidável 316LN

Forno	N	C	Mn	Cr	Mo	Não	Si	S	P	Fé
Padrões	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	–

Esses quatro lotes de aço inoxidável 316LN com teor de nitrogênio de 0,07%, 0,11%, 0,14% e 0,22% e teor de carbono de 0,03% foram testados para estudar os efeitos do nitrogênio na tração, fluência, fadiga de baixo ciclo e fluência. -propriedades de fadiga do aço inoxidável 316LN. O objetivo deste experimento é encontrar o teor ideal de nitrogênio para obter a melhor combinação de propriedades de tração, fluência e fadiga de baixo ciclo. Os resultados experimentais mostram que o nitrogênio pode melhorar a resistência à tração, à fluência e à fadiga dos aços inoxidáveis austeníticos. As razões para o aumento na resistência incluem aprimoramento da solução, redução da energia de falha de empilhamento (SFE), endurecimento por precipitação, formação de compósitos (solutos intersticiais), segregação atômica e endurecimento ordenado. Devido às suas diferentes propriedades de troca de elétrons, o nitrogênio dissolvido no aço inoxidável austenítico tem um volume de expansão maior que o do carbono.

Além da interação elástica entre o nitrogênio e o deslocamento, a interação eletrostática do deslocamento intersticial também influencia a força. Os núcleos de discordância são caracterizados pela falta de elétrons livres, o que significa que possuem carga positiva. Os átomos de nitrogênio nos aços inoxidáveis austeníticos são carregados negativamente devido à posição dos elétrons livres próximos aos átomos de nitrogênio e à interação eletrostática entre as discordâncias e os átomos de nitrogênio.

A energia de ligação efetiva entre o átomo de nitrogênio e o deslocamento aumenta com o aumento do teor de nitrogênio no aço austenítico, mas a correlação não é óbvia para o carbono. Nos aços austeníticos, o nitrogênio intersticial interage com os elementos substituintes e tende a formar composições atômicas de substituintes intersticiais. O composto se liga facilmente a elementos à esquerda do Fe na tabela periódica, como Mn, Cr, Ti e V. Existe uma forte correlação entre as propriedades da ligação interatômica (ou seja, orientação versus desorientação) e a proximidade de adjacentes. átomos em um sistema de liga multicomponente. A ligação entre átomos metálicos facilita a ordenação de curto alcance, que é a ligação de átomos de diferentes elementos. A polarização interatômica facilita a troca de elétrons covalentes, a ligação entre átomos do mesmo elemento. O carbono promove a agregação de átomos de substituição na solução sólida à base de ferro, enquanto o nitrogênio facilita a ordenação de curto alcance.

Em geral, a resistência ao escoamento (YS) e a resistência à tração final (UTS) de 316L o aço inoxidável é significativamente melhorado pela liga de nitrogênio 0,07% ~ 0,22%. O aumento de resistência foi observado em todos os testes na faixa de temperatura de 300~1123K. O envelhecimento por deformação dinâmica foi observado dentro de uma faixa limitada de temperatura. A faixa de temperatura do envelhecimento por deformação dinâmica (DSA) diminui com o aumento do teor de nitrogênio.