氮对高氮奥氏体不锈钢管钢组织的影响

氮元素形成、稳定和扩大奥氏体区的能力非常强,是镍的30倍。如下图所示,随着氮元素含量的不断增加,奥氏体区域也逐渐扩大,“y环”迅速变宽。

奥氏体不锈钢管中,高温铁素体相的形成会受到氮元素加入的影响,且两者之间是一个此消彼长的过程,换言之,氮元素加入的越多,高温铁素体的含量则会越少。下式可以很好的表达奥氏体相与高温铁素体相的相界温度:

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

式子中,T4表示纯铁时奥氏体与高温铁素体相互转换的相界温度。根据这个公式可以看出,当Cr含量稳定不变时,增加氮含量会相应提高镍当量,由于镍当量的提高,奥氏体相与高温铁素体相之间的转换温度则会提高,所以,增加奥氏体不锈钢管中的氮含量对降低高温铁素体的形成有显著效果。

国外学者Speidel通过反复实验,研究出了更为精确的镍当量计算公式:

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

由上式可以看出,稳定同等大小的奥氏体区域,需要1%的氮元素,而镍元素则需要18%,氮元素形成奥氏体的能力也比镍元素大很多,因此,采用廉价的氮元素来代替不锈钢管中贵重且稀有的镍元素来形成稳定奥氏体区域,也降低了生产成本。氮元素不仅对高温铁素体有影响,对马氏体的形成也有一定的阻碍作用,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对马氏体的形成温度影响是很大的,可以很大程度上降低其形成温度。1%的氮降低马氏体的转变温度大约是362℃,降低应变诱发马氏体出现的最高温度大约为250℃,显而易见,氮元素能够抑制马氏体以及应变诱发马氏体。

此外,高氮钢的内部显微组织也受氮含量多少的影响。但是如果当氮含量超过了不锈钢管的固溶极限,那么就会有氮化物析出,目前来说国内外对这种析出相没有统一的定论,大多认为是Cr2N。而且氮还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,并将析出该碳化物的温度区间向低温方向推移。氮还能抑制有δ相出现,其脆而硬,是奥氏体不锈钢管各种力学性能下降的主要原因,有学者研究出了氮元素对。相溶解温度的影响公式:

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

由此看出,氮元素能够抑制有害金属间相δ相析出。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|不锈钢换热管

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