氮在含氮不銹鋼中的作用

氮是鋼中強烈的形成(擴大)奧氏體和穩定奧氏體組織的元素,在一些鋼中常作為有益元素加入,可以顯著提高鋼的力學性能和耐蝕性能,作為合金化元素廣泛應用于不銹鋼中,加入氮元素以獲得單一奧氏體組織,以減少和取代相對較貴且稀缺的鎳元素,降低不銹鋼生產的成本且其作用效果遠高于鎳。氮雖然穩定奧氏體能力不如碳,而且氮相對于碳又有優點,碳易在晶間產生脆性的碳化物,導致材料脆性增加,耐蝕性下降而氮卻能避免這些問題,因此氮較于碳更適合。

    不銹鋼中鎳和鉬可以提高鋼的韌性和屈服強度,而為了提高耐蝕性,碳的量應盡可能減少,這是因為析出的碳化物容易造成晶間腐蝕。氮的加入也就彌補了這一不足,錳、鉻、鉬的加入可以提高氮在鋼中的溶解度。在室溫下高氮鋼受氮的影響屈服強度隨著氮含量的增加而明顯提高而斷裂韌性受氮的影響并不大。另外氮的加入可以提高鋼的抗蠕變性能,岡此高氮奧氏體不銹鋼抗蠕變性能隨著氮含量的增加而提高。

    氮的加入還會提高不銹鋼的加工硬化能力、抗疲勞性能以及耐磨性。但是由于氮的加入,也存在著不利的影響。特別是低溫韌性,很多文獻報道低溫下高氮鋼存在著低溫脆斷的現象,而在普通不銹鋼中只有鐵素體不銹鋼存在著低溫脆斷現象。因此制備和使用此鋼種應該注意氮的合理加入量,尤其是低溫服役條件下應該嚴格控制高氮鋼氮的含量。

    不銹鋼中增氮可以提高不銹鋼的抗點蝕和縫隙腐蝕能力,主要與鋼表面形成的鈍化膜的性質息息相關。氮可以提高高氮鋼的耐腐蝕性能,尤其是耐局部腐蝕的能力。另外氦對鋼的縫隙腐蝕、應力腐蝕也是有利的。

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