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      氮对的影响

      关键词:不锈钢来源:发布时间:2014-10-09

        氮在不锈钢中的普遍大量应用是近十多年来不锈钢材料领域的最重大的进展。除铁素体不锈钢外,近十多年来几乎所有类型的不锈钢,特别是奥氏体和双相不锈钢均普遍用氮进行合金化,从而使奥氏体和α+γ双相不锈钢进入了现代不锈钢时代,不锈钢有控氮( [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%)不锈钢,超级奥氏体不锈钢以及含低氮的超级马氏体不锈钢。氮在双相不锈钢中,虽不能防止σ相的析出,但可抑制的σ相的形成。双相不锈钢正式由于加入了氮才出现了第二代和第三代双相不锈钢(超级双相不锈钢和经济性双相不锈钢),使双相不锈钢形成了系列,并成为了与马氏体、铁素体、奥氏体等三大类不锈钢并列的钢类,由于氮在铁素体不锈钢中溶解度极低,而在奥氏体中溶解度很高,因此氮在双相不锈钢中的有益作用主要是体现在改善奥氏体组织的性能。

        氮在双相不锈钢中可延缓奥氏体相(γ)的高温熔接并可促进焊后热影响区二次奥氏体(γ2)的析出,从而有利于双相不锈钢的生产、加工和焊接。氮是在不锈钢中应用的唯一一种气态合金元素,它取之容易且量无限,价格低廉,生产中加入方便,有益作用显著,但副作用少,是现代不锈钢钟非常有发展前途的重要合金元素。

        氮通过固溶强化等显著提高奥氏体和双相不锈钢的室温和高温强度(图1)。在铬镍奥氏体不锈钢中加入0.1%N,可使钢的强度提高60-100MPa,但当氮量适宜时,并不显著降低钢的塑、韧性。氮的大量加入可使高氮奥氏体不锈钢获得非常高的强度,但钢的断裂韧性并不降低。

        图1.氮对00Cr17Ni14Mo2不锈钢强度的影响

        氮不仅显著提高奥氏体和双相不锈钢的耐氧化性酸、还原性酸介质的全面腐蚀性能,而且还提高它们的耐晶间腐蚀、耐蚀点、耐缝隙等局部腐蚀性能,一些实验结果见图2~图4.研究表明,氮在不锈钢中提高钢的耐蚀点、耐缝隙腐蚀的能力为钢中铬量的16-30倍。

        图2.氮对铬镍钼奥氏体不锈钢腐蚀性能的影响

        图3.氮对00CrNi6Mo3钢点蚀速度的影响

        图4.氮对00Cr25Ni21~30Mo4不锈钢钢缝隙腐蚀的影响

        需要强调氮在不锈钢中对耐蚀性所起的有益作用,钢中含有足够量的铬、钼元素是必要条件。一般认为,氮可促进钝化膜中铬的富集,提高钢的钝化能力;氮可形成NH3和NH4+使微区溶液的PH值提高;富铬的氮化物在金属与钝化膜的界面处形成,进一步强化了钝化膜的的稳定性。研究表明,在双相不锈钢中氮还可与钼结合形成Ni2Mo2N,使钝化膜更加稳定,从而使钢的耐蚀性提高,图5系氮提高奥氏体不锈钢耐蚀性,对钝化膜影响的示意图。

        图5.含氮奥氏体不锈钢钝化膜结构示意图

        当钢中氮含量超过某一定量将对不锈钢的性能产生某些不良影响,例如对奥氏体不锈钢而言,氮量超过0.12%~0.15%时,钢的冷、热加工性和冷成型性能酱油所下降,后者可与氮可降低钢的层错能,从而提高奥氏体不锈钢的加工硬化率,使之与易加工硬化有关。高氮含量时,不仅显著降低钢的热塑性,对热加工不利,而且由于前述Cr2N沿晶界析出,会提高钢的晶间腐蚀敏感性。氮在铁素体不锈钢中是一种有害元素(后面还将述及)。(转自不锈钢概论)