Как азот влияет на нержавеющую сталь 316LN?

316LN - версия с добавлением азота на основе Сталь 316L (0.06% ~ 0.08%), так что он имеет те же характеристики, что и 316L, использовался при производстве высокотемпературных конструктивных элементов в реакторах-размножителях на быстрых нейтронах (FBRS). Снижение содержания углерода значительно снижает склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением из-за сварки в последующих коррозионных средах. Ползучесть, малоцикловая усталость и взаимодействие ползучести и усталости являются наиболее важными аспектами 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 316LN

Печь	N	C	Mn	Cr	Mo	Ni	Si	S	P	Fe
Стандартный	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 316LN. Цель этого эксперимента - найти оптимальное содержание азота для получения наилучшего сочетания свойств растяжения, ползучести и малоцикловой усталости. Результаты экспериментов показывают, что азот может улучшить предел прочности на разрыв, ползучесть и усталостную прочность аустенитных нержавеющих сталей. Причины увеличения прочности включают усиление раствора, снижение энергии дефекта упаковки (ЭДУ), дисперсионное упрочнение, образование композитов (растворенные вещества 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 между азотом и дислокацией, электростатическое взаимодействие межузельных дислокаций также влияет на прочность. Ядра дислокации характеризуются отсутствием свободных электронов, что означает, что они имеют положительный заряд. Атомы азота в аустенитных нержавеющих сталях имеют отрицательный заряд из-за расположения свободных электронов рядом с атомами 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 к образованию атомных составов межузельных заместителей. Соединение легко связывается с элементами слева от Fe в периодической таблице, такими как Mn, Cr, Ti и V. Существует сильная корреляция между свойствами межатомной связи (то есть ориентацией по сравнению с неориентацией) и близостью соседних атомы в многокомпонентной системе сплава. Связь между атомами металла способствует ближнему порядку, то есть связыванию 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.

Как правило, предел текучести (YS) и предел прочности (UTS) 316L нержавеющая сталь значительно улучшается за счет добавления 0.07% ~ 0.22% азота. Повышение прочности наблюдалось во всех испытаниях в интервале температур 300 ~ 1123 К. Динамическое деформационное старение наблюдалось в ограниченном диапазоне температур. Температурный диапазон динамического деформационного старения (ДСА) уменьшается с увеличением содержания азота.