Как азот влияет на нержавеющую сталь 316LN?

316LN — версия с добавлением азота, основанная на сталь 316L (0,06% ~ 0,08%), поэтому он имеет те же характеристики, что и 316L, и использовался при производстве высокотемпературных конструкционных компонентов в реакторе-размножителе на быстрых нейтронах (FBRS). Уменьшение содержания углерода значительно снижает склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением из-за сварки в последующих агрессивных средах. Ползучесть, малоцикловая усталость и взаимодействие ползучести и усталости являются наиболее важными факторами для компонентов FBRS. Высокотемпературная прочность нержавеющая сталь 316L может быть улучшена до нержавеющей стали 316 путем легирования 0,06% ~ 0,08% N. В этой статье будет обсуждаться влияние содержания азота выше 0,08% на механические свойства нержавеющей стали 316L при высоких температурах.

 

Химический состав нержавеющей стали 316ЛН

Печь	Н	С	Мин.	Кр	Мо	Ни	Си	С	п	Фе
Стандарты	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	–

Эти четыре партии нержавеющей стали 316LN с содержанием азота 0,07%, 0,11%, 0,14% и 0,22% и содержанием углерода 0,03% были испытаны для изучения влияния азота на растяжение, ползучесть, малоцикловую усталость и ползучесть. -усталостные свойства нержавеющей стали 316ЛН. Целью этого эксперимента является определение оптимального содержания азота для получения наилучшего сочетания свойств при растяжении, ползучести и малоцикловой усталости. Результаты экспериментов показывают, что азот может улучшить прочность на разрыв, ползучесть и усталостную прочность аустенитных нержавеющих сталей. Причины увеличения прочности включают улучшение растворимости, снижение энергии дефекта упаковки (SFE), дисперсионное твердение, образование композитов (растворенных веществ внедрения), атомную сегрегацию и упорядоченное упрочнение. Из-за различных свойств электронного обмена растворенный азот в аустенитной нержавеющей стали имеет больший объем расширения, чем углерод.

Помимо упругого взаимодействия азота с дислокацией, на прочность также влияет электростатическое взаимодействие межузельных дислокаций. Ядра дислокаций характеризуются отсутствием свободных электронов, а значит, имеют положительный заряд. Атомы азота в аустенитных нержавеющих сталях заряжены отрицательно из-за положения свободных электронов вблизи атомов азота и электростатического взаимодействия между дислокациями и атомами азота.

Эффективная энергия связи между атомом азота и дислокацией увеличивается с увеличением содержания азота в аустенитной стали, но для углерода корреляция не очевидна. В аустенитных сталях межузельный азот взаимодействует с элементами-заместителями и имеет тенденцию образовывать межузельные атомные композиции заместителей. Соединение легко связывается с элементами, расположенными слева от Fe в периодической таблице, такими как Mn, Cr, Ti и V. Существует сильная корреляция между свойствами межатомной связи (то есть ориентацией и неориентацией) и близостью соседних элементов. Атомы в многокомпонентной системе сплавов. Связь между атомами металлов способствует ближнему упорядочению, то есть соединению атомов разных элементов. Межатомная поляризация облегчает обмен ковалентными электронами, связь между атомами одного и того же элемента. Углерод способствует агрегации атомов замещения в твердом растворе на основе железа, а азот способствует ближнему упорядочению.

В общем, предел текучести (YS) и предел прочности при растяжении (UTS) 316Л нержавеющая сталь значительно улучшается за счет легирования азотом 0,07% ~ 0,22%. Увеличение прочности наблюдалось во всех испытаниях в диапазоне температур 300~1123К. Динамическое деформационное старение наблюдалось в ограниченном температурном диапазоне. Температурный диапазон динамического деформационного старения (ДСА) уменьшается с увеличением содержания азота.