氮對高氮奧氏體不銹鋼管鋼組織的影響

氮元素形成、穩定和擴大奧氏體區的能力非常強,是鎳的30倍。如下圖所示,隨著氮元素含量的不斷增加,奧氏體區域也逐漸擴大,“y環”迅速變寬。

奧氏體不銹鋼管中,高溫鐵素體相的形成會受到氮元素加入的影響,且兩者之間是一個此消彼長的過程,換言之,氮元素加入的越多,高溫鐵素體的含量則會越少。下式可以很好的表達奧氏體相與高溫鐵素體相的相界溫度:

T'C=T4-21.2[Cr]+15.8[Ni]-2231-8

式子中,T4表示純鐵時奧氏體與高溫鐵素體相互轉換的相界溫度。根據這個公式可以看出,當Cr含量穩定不變時,增加氮含量會相應提高鎳當量,由于鎳當量的提高,奧氏體相與高溫鐵素體相之間的轉換溫度則會提高,所以,增加奧氏體不銹鋼管中的氮含量對降低高溫鐵素體的形成有顯著效果。

國外學者Speidel通過反復實驗,研究出了更為精確的鎳當量計算公式:

Ni=Ni+Co+0.12Mn-0.0086Mn2+18N+30C+0.44Cu1-9

由上式可以看出,穩定同等大小的奧氏體區域,需要1%的氮元素,而鎳元素則需要18%,氮元素形成奧氏體的能力也比鎳元素大很多,因此,采用廉價的氮元素來代替不銹鋼管中貴重且稀有的鎳元素來形成穩定奧氏體區域,也降低了生產成本。氮元素不僅對高溫鐵素體有影響,對馬氏體的形成也有一定的阻礙作用,其能力可用下列公式表示:

MsC=502-810C-13Mn-1230N-30Ni-12Cr-54Cu-46Mo1-10

由上述公式可以看出氮元素對馬氏體的形成溫度影響是很大的,可以很大程度上降低其形成溫度。1%的氮降低馬氏體的轉變溫度大約是362℃,降低應變誘發馬氏體出現的最高溫度大約為250℃,顯而易見,氮元素能夠抑制馬氏體以及應變誘發馬氏體。

此外,高氮鋼的內部顯微組織也受氮含量多少的影響。但是如果當氮含量超過了不銹鋼管的固溶極限,那么就會有氮化物析出,目前來說國內外對這種析出相沒有統一的定論,大多認為是Cr2N。而且氮還以抑制碳化物的析出。氮含量越高或者碳含量越低都可以抑制碳化物析出,并將析出該碳化物的溫度區間向低溫方向推移。氮還能抑制有δ相出現,其脆而硬,是奧氏體不銹鋼管各種力學性能下降的主要原因,有學者研究出了氮元素對。相溶解溫度的影響公式:

Tδ(C=26.4Cr+6.7Mn+50.9Mo+92.2Si-9.2Ni-17.9Cu-230.4C-238.4N+4471-11

由此看出,氮元素能夠抑制有害金屬間相δ相析出。

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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