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        1. 行業(yè)資訊

          氮對不銹鋼性能的影響

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          發(fā)布時間:2014-10-09

          氮在不銹鋼中的普遍大量應(yīng)用是近十多年來不銹鋼材料領(lǐng)域的最重大的進展。除鐵素體不銹鋼外,近十多年來幾乎所有類型的不銹鋼,特別是奧氏體和雙相不銹鋼均普遍用氮進行合金化,從而使奧氏體和α+γ雙相不銹鋼進入了現(xiàn)代不銹鋼時代,不銹鋼有控氮( [N]≤0.10% 或 [N]<0.12%)、中氮( [N]≤0.40% 或 [W]<0.50%)和高氮[N]>0.4% 或 [N]≥0.50%)不銹鋼,超級奧氏體不銹鋼以及含低氮的超級馬氏體不銹鋼。氮在雙相不銹鋼中,雖不能防止σ相的析出,但可抑制的σ相的形成。雙相不銹鋼正式由于加入了氮才出現(xiàn)了第二代和第三代雙相不銹鋼(超級雙相不銹鋼和經(jīng)濟性雙相不銹鋼),使雙相不銹鋼形成了系列,并成為了與馬氏體、鐵素體、奧氏體等三大類不銹鋼并列的鋼類,由于氮在鐵素體不銹鋼中溶解度極低,而在奧氏體中溶解度很高,因此氮在雙相不銹鋼中的有益作用主要是體現(xiàn)在改善奧氏體組織的性能。

          氮在雙相不銹鋼中可延緩奧氏體相(γ)的高溫熔接并可促進焊后熱影響區(qū)二次奧氏體(γ2)的析出,從而有利于雙相不銹鋼的生產(chǎn)、加工和焊接。氮是在不銹鋼中應(yīng)用的唯一一種氣態(tài)合金元素,它取之容易且量無限,價格低廉,生產(chǎn)中加入方便,有益作用顯著,但副作用少,是現(xiàn)代不銹鋼鐘非常有發(fā)展前途的重要合金元素。

          氮通過固溶強化等顯著提高奧氏體和雙相不銹鋼的室溫和高溫強度(圖1)。在鉻鎳奧氏體不銹鋼中加入0.1%N,可使鋼的強度提高60-100MPa,但當(dāng)?shù)窟m宜時,并不顯著降低鋼的塑、韌性。氮的大量加入可使高氮奧氏體不銹鋼獲得非常高的強度,但鋼的斷裂韌性并不降低。

          圖1.氮對00Cr17Ni14Mo2不銹鋼強度的影響

          氮不僅顯著提高奧氏體和雙相不銹鋼的耐氧化性酸、還原性酸介質(zhì)的全面腐蝕性能,而且還提高它們的耐晶間腐蝕、耐蝕點、耐縫隙等局部腐蝕性能,一些實驗結(jié)果見圖2~圖4.研究表明,氮在不銹鋼中提高鋼的耐蝕點、耐縫隙腐蝕的能力為鋼中鉻量的16-30倍。

          圖2.氮對鉻鎳鉬奧氏體不銹鋼腐蝕性能的影響

          圖3.氮對00CrNi6Mo3鋼點蝕速度的影響

          圖4.氮對00Cr25Ni21~30Mo4不銹鋼鋼縫隙腐蝕的影響

          需要強調(diào)氮在不銹鋼中對耐蝕性所起的有益作用,鋼中含有足夠量的鉻、鉬元素是必要條件。一般認為,氮可促進鈍化膜中鉻的富集,提高鋼的鈍化能力;氮可形成NH3和NH4+使微區(qū)溶液的PH值提高;富鉻的氮化物在金屬與鈍化膜的界面處形成,進一步強化了鈍化膜的的穩(wěn)定性。研究表明,在雙相不銹鋼中氮還可與鉬結(jié)合形成Ni2Mo2N,使鈍化膜更加穩(wěn)定,從而使鋼的耐蝕性提高,圖5系氮提高奧氏體不銹鋼耐蝕性,對鈍化膜影響的示意圖。

          圖5.含氮奧氏體不銹鋼鈍化膜結(jié)構(gòu)示意圖

          當(dāng)鋼中氮含量超過某一定量將對不銹鋼的性能產(chǎn)生某些不良影響,例如對奧氏體不銹鋼而言,氮量超過0.12%~0.15%時,鋼的冷、熱加工性和冷成型性能醬油所下降,后者可與氮可降低鋼的層錯能,從而提高奧氏體不銹鋼的加工硬化率,使之與易加工硬化有關(guān)。高氮含量時,不僅顯著降低鋼的熱塑性,對熱加工不利,而且由于前述Cr2N沿晶界析出,會提高鋼的晶間腐蝕敏感性。氮在鐵素體不銹鋼中是一種有害元素(后面還將述及)。(轉(zhuǎn)自不銹鋼概論)