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新2最新备用网址:氮气对316L不锈钢管力学性能的影响

来源:新2最新备用网址--发布时间:2021-07-16 09:04:48      发布人:小编  浏览量:

316L不锈钢管中氮的作用除了替代部分贵金属镍外,主要是在不影响其塑性和韧性的情况下,显着提高钢的强度。 316L不锈钢管的氮强化效果见如图。目前,氮的强化作用主要包括间隙固溶强化、晶界强化和沉淀强化。

可见,氮和碳在钢中主要以间隙原子的形式存在,但在不同的晶格中占据的位置不同。它在体心立方晶格中占据四面体间隙位置,在面心立方网格中占据八面体间隙位置。由于316L不锈钢管的晶格结构为面心立方晶格,氮和碳主要存在于奥氏体的八面体间隙位置。

虽然氮原子的半径小于碳的半径,但氮在316L 不锈钢管的晶格中产生更大的晶格膨胀,增加了抗位错运动的能力并增加了强度。研究表明,在300系列不锈钢管中加入0.1%的氮可使奥氏体基体的应变应力提高3.3倍,室温强度提高约60MP100MP。另一方面,氮原子对位错也有很强的锚定作用。这是由于氮原子与位错的键合焓高,而且氮原子与位错之间还存在静电相互作用,即位错核因缺乏自由电子而带正电,而氮原子附近有更多的自由电子,带负电。这会在氮原子和位错之间产生静电吸引力,从而增强增强效果。氮也可能更有利于降低原子间电子交换的方向性,使晶体结构中的电子分布更均匀,并增强氮的分散性。此外,由于电子交换的方向性降低,在位错滑移过程中原子键没有减弱或断裂,因此316L不锈钢管在氮合金化后仍具有较高的断裂韧性。

当氮作为合金元素添加到316L 不锈钢管中时,可以产生晶界强化。这是因为氮降低了钢原子的堆垛层错能,使钢的位错滑移变平,有效防止位错从滑移面上升,增加了晶界对位错的阻挡作用。

氮对316L不锈钢管晶界的强化作用随着含氮量的增加而增强,且随着温度的降低强化作用更加明显。钢的机械性能与其热力学稳定性密切相关。在316L不锈钢管中加入氮气,提高了钢的热力学稳定性,提高了钢的机械性能。这与氮对316L不锈钢管沉降行为的改变有关,316L不锈钢管在高温时效过程中会析出碳化物、金属间相等化合物。钢中加入氮后,氮在碳化物中的不溶性使氮延迟了钢中碳化物的形核,使析出时间变长。此外,氮还可以达到使碳化物与基体的析出相失配,降低界面能,进而净化析出相的目的。氮可以抑制金属间相的形成,因为氮可以增加铬和钼在钢中的溶解度。

氮气可以提高316L不锈钢管的耐磨性。这是因为如果钢中的氮含量过高,会析出氮化物,但这种析出会降低钢的塑性和耐蚀性。通过当今的离子注入重整技术获得的表面高氮层可以在不影响塑性和耐腐蚀性的情况下提高耐磨性。这可能是因为注入的氮原子装饰了位错或进入固溶体并产生固溶强化,从而提高了钢的耐磨性。


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