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    不銹鋼彎頭

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    氮元素在奧氏體不銹鋼中的作用

    來源:至德鋼業 日期:2020-05-29 21:26:41 人氣:289

    由于氮元素在不銹鋼組織中起到強烈的擴大奧氏體相區和穩定奧氏體結構的作用,所以早先為了節約奧氏體不銹鋼的成本,降低奧氏體不銹鋼中的鎳元素,同時加入一定量的氮元素,從而獲得具有單一穩定的奧氏體組織的奧氏體不銹鋼。在此觀點的基礎上研究者們研究發展出來了AISI200系列不銹鋼。隨著人們對氮元素的不斷滲入了解,氮元素在不銹鋼中的作用也顯得越來越明顯,加氮元素的目的已經不是單單為了節約成本,而是為了提高不銹鋼的組織性能。

    1)氮元素對不銹鋼的組織的作用

    由于氮元素在不銹鋼組織中起到強烈的擴大奧氏體相區和穩定奧氏體結構的作用。因此,在不銹鋼中,氮元素的含量越高,其鋼中的奧氏體組織就越單一穩定,而且隨著不銹鋼中氮含量的提高,鐵素體的形成就越困難,所以不銹鋼中奧氏體組織結構就更加穩定。早先的學者們認為氮元素穩定擴大奧氏體相區的作用與碳元素相當,大概相當于鎳元素的30倍。根據修正后Schafflers的鎳當量計算公式為:

    2%0.1%0.01 18%30%eg Ni Ni Co Mn Mn N C=++-++(1-1

    從這個公式可以看出,氮元素穩定擴大奧氏體相區的作用相當于鎳18倍,稍低于碳元素。由于碳元素在合金不銹鋼中形成大量的碳化物在晶界析出,這會導致晶界腐蝕、材料脆性等缺點的出現和增多,也因此碳元素不是較好的穩定鋼中奧氏體相區的元素。但是氮元素在鋼種含量也不是越多越好,其一鋼中容氮能力有限,再者鋼中氮含量超過一定的值后,就會對鋼的韌脆轉變溫度造成負面的影響,且隨著氮元素的增加該溫度會變大,從而降低材料韌性。

    2)氮元素對不銹鋼的力學性能的作用

    氮元素在不銹鋼中的含量處于過飽和狀態時,氮元素以兩種方式存在于鋼中,一是以氮化物的形式存在,二是以間隙固溶的方式固溶于基體中的氮。二者均對鋼的力學性能產生一定的作用和影響。

    另外還有研究表明氮元素作為合金元素在不銹鋼中能有效提高其強度,例如:SpeidelRashev的研究結果表明,如果奧氏體不銹鋼中能平均滲入1.2%的氮,那么其的屈服強度就會由原來的240MP升高到900MP。AndreevRashev的研究結果表明,往奧氏體不銹鋼中平均滲入2.1%的氮元素時,其屈服強度相對于不含氮元素的奧氏體不銹鋼的屈服強度增大了400%,且含氮奧氏體不銹鋼的塑韌性相對普通奧氏體不銹鋼并沒有下降。

    由沉淀硬化理論得,不銹鋼中氮含量與其屈服強度有著平方根關系,通過總結大量的不銹鋼中的氮含量與其強度的關系,并進行繪圖得如圖1-6所示的關系。

    由圖可以明顯看出來平方理論的測試值和預測值是大致相同的趨勢,但是實際測量值的分散度比較大。Speide研究表明實際測量值的分散度比較大的原因是實驗樣品組織的晶粒度大小不同造成的。也就是說含氮不銹鋼中組織晶粒的大小對其屈服強度也有很大的影響。另外氮元素除了能提高其強度外,還對不銹鋼其它性能比如加工硬化能力、抗疲勞性、抗腐蝕性、耐磨性及蠕變性能都有很大的改進。但是,不銹鋼中的氮元素并不是越高越好,已經有研究表明,當不銹鋼中的氮元素超過一定的值時,鋼的低溫韌性將會受到不利影響,即鋼在較低的溫度下將會產生脆性,出現脆斷。

    3)氮對鋼的耐腐蝕性能的影響研究

    氮元素對提高鋼的耐腐蝕性能有很大的影響,尤其是在提高鋼的耐局部腐蝕方面有很大的作用??赏ㄟ^點蝕當量值來計算鋼的耐點蝕性能的大小。目前國際上通用的點蝕當量值的計算公式為:

    1 3.3 PREN Cr Mo=+(1-2

    因為是含氮不銹鋼,所以要加上氮元素的因素,因此,式(1-1)可修正為:

    1 3.3 PREN Cr Mo X N=++(1-3

    1-3)式中的X為經驗常數。Speide l[56]的研究結果為,當30 X=時,計算值很接近實際實驗數據值,如圖1-7所示,還有一些學者們將X設為13、20、25等這些數值。這可能是因為上面公式并沒有把所以的化學成分和其它的一些合金元素或是微量元素都考慮在內的緣故。氮元素對提高鋼的耐腐蝕性這方面的作用遠遠大于像CrMo等一些傳統的提高耐腐蝕性能的元素。另外不銹鋼中的氮元素不但能提高不銹鋼的抗點蝕性能,還對材料的應力腐蝕性、氣體腐蝕性、縫隙腐蝕性能等方面都有很大的提高。

    本文標簽:不銹鋼 

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