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    2. 氮對高氮奧氏體不銹鋼管力學性能的影響

      氮對高氮鋼力學性能的影響與氮在鋼中存在的狀態有關。氮在高氮奧氏體不銹鋼管中以兩種方式存在,即固溶態氮和以氮化物形式存在的氮。前者決定氮對鋼起固溶強化作用,后者起沉淀析出強化作用。

      鋼中的氮和碳都是以間隙原子存在,在基體中氮原子占據晶格位置不同。氮占據的位置是八面體間隙,更容易在鋼中均勻分布,而且氮化物與基體之間的界面能比較小,所以相對于碳化物來說更易形成彌散強化四0。此外,氮的存在限制和減少了基體中的不完全位錯,雜質原子的位錯運動也得到限制,強化效應也更明星。高氮鋼中的平面位錯大致使鋼的蠕變率小。

      鋼中含氮量的多少直接影響高氮鋼的力學性能。大量研究結果表明氮元素在提高高氮鋼硬度的同時,材料的韌性和塑性并沒有改變。圖1-2是國外學者SimmonsFe172-2Cr-8~13Mn-5Ni高氮鋼力學性能研究的結果,第一個圖顯示隨著氮含量的增加,試驗鋼的屈服強度和抗拉強度也提高,兩者之間基本上呈現一種線性關系;第二個圖則是試驗鋼塑性和韌性的實驗結果,說明氮含量的增加對塑性和韌性影響不大。

      國內外大量研究表明氮對高氮鋼力學性能的強化機理可以歸為電子交換、和晶格缺陷以及溶質原子的相互作用、降低堆剁層錯能、沉淀析出等幾個方面。

      1)電子交換機理認為是鋼中自由電子多,金屬鍵也就會越強,鋼的強度從而也會很高。

      2)與晶格缺陷的相互作用。氮元素和碳元素都是固溶強化元素,二者相比,碳與晶界的親和力大,會有碳化物從晶界析出,降低不銹鋼管的耐蝕性。盡管氮比碳的原子半徑小,但氮元素釘扎位錯的效果很明顯,所以,氮使奧氏體不銹鋼管產生的膨脹作用比較大,而且氮原子與位錯的相互作用還可以提高不銹鋼管的強度。

      3)與溶質原子的相互作用。置換型元素與鋼中的間隙氮原子形成一類置換加間隙型原子化合物。氮原子在奧氏體不銹鋼管基體中短程有序,使得合金元素分布均勻,奧氏體不銹鋼管的穩定性也得以增加。當對試驗鋼進行變形處理,氮原子可以降低堆剁層錯能,平面滑移更加順暢,抑制位錯移除滑移面。

      4)堆剁層錯能。合金中的自由電子比例與堆垛層錯能呈現一種相反的關系,前者越高,后者越低。

      5)沉淀析出。氮元素的存在使得碳化物的形核被推遲了,M23C。碳化物的沉淀析出也被延緩,并且與奧氏體基體的錯配度以及界面能也降低,并進一步抑制析出物的長大,所以M23C6碳化物的形成速度變慢。

      氮固溶在奧氏體不銹鋼管中不僅可以提高不銹鋼管強度,使得其斷裂韌性不降低,如圖1-3所示,并且不銹鋼管中所固溶的氮含量的提高,使得其抗蠕變性能也變好。氮元素還可以和奧氏體不銹鋼管中的鋸元素結合,生成鋸氮化合物,晶粒邊界彌散分布著銳氮化合物,提高了不銹鋼管的抗蠕變性能。但是,氮對不銹鋼管的低溫韌性有不良影響,使得在低溫下材料容易出現斷裂。

      文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|小口徑厚壁鋼管

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