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    氮氣對316L不銹鋼管力學性能的影響

    發布時間:2021-07-16 09:04:48      發布人:小編  瀏覽量:

    316L不銹鋼管中氮的作用除了替代部分貴金屬鎳外,主要是在不影響其塑性和韌性的情況下,顯著提高鋼的強度。 316L不銹鋼管的氮強化效果見如圖。目前,氮的強化作用主要包括間隙固溶強化、晶界強化和沉淀強化。

    可見,氮和碳在鋼中主要以間隙原子的形式存在,但在不同的晶格中占據的位置不同。它在體心立方晶格中占據四面體間隙位置,在面心立方網格中占據八面體間隙位置。由于316L不銹鋼管的晶格結構為面心立方晶格,氮和碳主要存在于奧氏體的八面體間隙位置。

    雖然氮原子的半徑小于碳的半徑,但氮在316L 不銹鋼管的晶格中產生更大的晶格膨脹,增加了抗位錯運動的能力并增加了強度。研究表明,在300系列不銹鋼管中加入0.1%的氮可使奧氏體基體的應變應力提高3.3倍,室溫強度提高約60MP100MP。另一方面,氮原子對位錯也有很強的錨定作用。這是由于氮原子與位錯的鍵合焓高,而且氮原子與位錯之間還存在靜電相互作用,即位錯核因缺乏自由電子而帶正電,而氮原子附近有更多的自由電子,帶負電。這會在氮原子和位錯之間產生靜電吸引力,從而增強增強效果。氮也可能更有利于降低原子間電子交換的方向性,使晶體結構中的電子分布更均勻,并增強氮的分散性。此外,由于電子交換的方向性降低,在位錯滑移過程中原子鍵沒有減弱或斷裂,因此316L不銹鋼管在氮合金化后仍具有較高的斷裂韌性。

    當氮作為合金元素添加到316L 不銹鋼管中時,可以產生晶界強化。這是因為氮降低了鋼原子的堆垛層錯能,使鋼的位錯滑移變平,有效防止位錯從滑移面上升,增加了晶界對位錯的阻擋作用。

    氮對316L不銹鋼管晶界的強化作用隨著含氮量的增加而增強,且隨著溫度的降低強化作用更加明顯。鋼的機械性能與其熱力學穩定性密切相關。在316L不銹鋼管中加入氮氣,提高了鋼的熱力學穩定性,提高了鋼的機械性能。這與氮對316L不銹鋼管沉降行為的改變有關,316L不銹鋼管在高溫時效過程中會析出碳化物、金屬間相等化合物。鋼中加入氮后,氮在碳化物中的不溶性使氮延遲了鋼中碳化物的形核,使析出時間變長。此外,氮還可以達到使碳化物與基體的析出相失配,降低界面能,進而凈化析出相的目的。氮可以抑制金屬間相的形成,因為氮可以增加鉻和鉬在鋼中的溶解度。

    氮氣可以提高316L不銹鋼管的耐磨性。這是因為如果鋼中的氮含量過高,會析出氮化物,但這種析出會降低鋼的塑性和耐蝕性。通過當今的離子注入重整技術獲得的表面高氮層可以在不影響塑性和耐腐蝕性的情況下提高耐磨性。這可能是因為注入的氮原子裝飾了位錯或進入固溶體并產生固溶強化,從而提高了鋼的耐磨性。


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