Nitơ ảnh hưởng đến thép không gỉ 316LN như thế nào?

316LN là phiên bản bổ sung Nitơ dựa trên thép 316L (0,06% ~ 0,08%), do đó nó có các đặc tính tương tự như 316L, đã được sử dụng trong sản xuất các bộ phận cấu trúc nhiệt độ cao trong lò phản ứng tái sinh nhanh (FBRS). Việc giảm hàm lượng cacbon làm giảm đáng kể khả năng bị nứt ăn mòn do ứng suất do hàn trong môi trường ăn mòn tiếp theo. Độ rão, độ mỏi chu kỳ thấp và tương tác độ rão-độ mỏi là những vấn đề quan trọng nhất cần cân nhắc đối với các thành phần FBRS. Độ bền nhiệt độ cao của thép không gỉ 316L có thể được cải thiện thành thép không gỉ 316 bằng cách hợp kim hóa 0,06% ~ 0,08% N. Ảnh hưởng của hàm lượng nitơ cao hơn 0,08% đến tính chất cơ học của thép không gỉ 316L ở nhiệt độ cao sẽ được thảo luận trong bài báo này.

 

Thành phần hóa học của thép không gỉ 316LN

Lò lửa	N	C	Mn	Cr	Mơ	Ni	Sĩ	S	P	Fe
Tiêu chuẩn	0.06-0.22	0.02-0.03	1.6-2.0	17-18	2.3-2.5	12.0-12.5	.50,5	.00,01	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	–

Bốn lô thép không gỉ 316LN có hàm lượng nitơ 0,07%, 0,1%, 0,14% và 0,22% và hàm lượng carbon 0,03% đã được thử nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của nitơ đến độ bền kéo, độ rão, độ mỏi chu kỳ thấp và độ rão. -Đặc tính mỏi của thép không gỉ 316LN. Mục đích của thí nghiệm này là tìm ra hàm lượng nitơ tối ưu để đạt được sự kết hợp tốt nhất giữa các đặc tính độ bền kéo, độ rão và độ mỏi chu kỳ thấp. Kết quả thí nghiệm cho thấy nitơ có thể cải thiện độ bền kéo, độ dão và độ bền mỏi của thép không gỉ austenit. Những lý do làm tăng cường độ bao gồm tăng cường dung dịch, giảm năng lượng lỗi xếp chồng (SFE), làm cứng kết tủa, hình thành vật liệu tổng hợp (chất hòa tan xen kẽ), phân tách nguyên tử và làm cứng theo thứ tự. Do đặc tính trao đổi điện tử khác nhau, nitơ hòa tan trong thép không gỉ austenit có thể tích giãn nở lớn hơn carbon.

Ngoài tương tác đàn hồi giữa nitơ và trật khớp, tương tác trật khớp kẽ tĩnh điện cũng ảnh hưởng đến cường độ. Hạt nhân lệch vị trí được đặc trưng bởi việc thiếu các electron tự do, có nghĩa là chúng mang điện tích dương. Các nguyên tử nitơ trong thép không gỉ austenit được tích điện âm do vị trí của các electron tự do gần các nguyên tử nitơ và tương tác tĩnh điện giữa các trật khớp và các nguyên tử nitơ.

Năng lượng liên kết hiệu quả giữa nguyên tử nitơ và sự lệch vị trí tăng lên khi hàm lượng nitơ trong thép Austenitic tăng lên, nhưng mối tương quan không rõ ràng đối với carbon. Trong thép Austenitic, nitơ xen kẽ tương tác với các nguyên tố thay thế và có xu hướng hình thành các thành phần nguyên tử thay thế xen kẽ. Hợp chất này dễ dàng liên kết với các nguyên tố ở bên trái của Fe trong bảng tuần hoàn, chẳng hạn như Mn, Cr, Ti và V. Có mối tương quan chặt chẽ giữa tính chất của liên kết tương tác giữa các nguyên tử (nghĩa là định hướng so với không định hướng) và sự gần nhau của các nguyên tố liền kề. nguyên tử trong hệ hợp kim đa thành phần. Liên kết giữa các nguyên tử kim loại tạo điều kiện thuận lợi cho trật tự trong phạm vi ngắn, đó là liên kết giữa các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau. Sự phân cực tương tác tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi các electron cộng hóa trị, liên kết giữa các nguyên tử của cùng một nguyên tố. Carbon thúc đẩy sự kết tụ của các nguyên tử thay thế trong dung dịch rắn gốc sắt, trong khi nitơ tạo điều kiện cho sự sắp xếp trong phạm vi ngắn.

Nói chung, cường độ năng suất (YS) và độ bền kéo cuối cùng (UTS) của 316L thép không gỉ được cải thiện đáng kể nhờ hợp kim nitơ 0,07% ~ 0,22%. Sự gia tăng sức mạnh được quan sát thấy trong tất cả các thử nghiệm ở khoảng nhiệt độ 300 ~ 1123K. Lão hóa biến dạng động được quan sát thấy trong một phạm vi nhiệt độ giới hạn. Phạm vi nhiệt độ của lão hóa biến dạng động (DSA) giảm khi hàm lượng nitơ tăng.