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氮元素对奥氏体manbetx998性能影响有哪些

来源:至德钢业 日期:2020-11-09 14:03:50 人气:50

 20世纪以前,由于氮受到冶炼条件的影响很难加入到manbetx998中,且认为加入manbetx998中的氮会降低钢的塑性,直到20世纪以后氮在manbetx998中的优异性才逐步得到认可。通过大量含氮manbetx998的实验研究发现氮是奥氏体manbetx998中既降低成本,又不损害性能的重要合金元素,对氮化合金奥氏体manbetx998的研究开发起到了较大的推动作用。由于氮元素在manbetx998组织中起到强烈的扩大奥氏体相区和稳定奥氏体结构的作用,所以早先为了节约奥氏体manbetx998的成本,降低奥氏体manbetx998中的镍元素,同时加入一定量的氮元素,从而获得具有单一稳定的奥氏体组织的奥氏体manbetx998。在此观点的基础上研究者们研究发展出来了AISI200系列manbetx998。随着人们对氮元素的不断渗入了解,氮元素在manbetx998中的作用也显得越来越明显,加氮元素的目的已经不是单单为了节约成本,而是为了提高manbetx998的组织性能。


一、氮元素对manbetx998的组织的作用


 氮在manbetx998中不仅具有扩大奥氏体相区的作用,同时还具有能够稳定奥氏体组织的能力。另外,在镍当量计算中,氮当量是镍当量的30倍,因此向钢中加入氮可以达到节省成本和降低铁素体含量的效果,同时往钢中加入氮还可以抑制马氏体和形变马氏体的激活能,使得manbetx998获得单一的奥氏体组织且能够保证组织的稳定性。氮在钢中与合金元素相互作用的重要性主要体现在形成弥散分布的氮化物这一现象,其中存在的弥散氮化物主要为Cr2N、CrN、MnN、M23(C,N)6。因为manbetx998中的碳容易在晶间析出,导致材料腐蚀和晶间断裂等问题,通过往钢中加入氮元素可以延缓碳化物及金属间化合物在晶间的析出,同时在一定范围内扩大热处理区域,从而减缓该问题的出现。


 由于氮元素在manbetx998组织中起到强烈的扩大奥氏体相区和稳定奥氏体结构的作用。因此,在manbetx998中,氮元素的含量越高,其钢中的奥氏体组织就越单一稳定,而且随着manbetx998中氮含量的提高,铁素体的形成就越困难,所以manbetx998中奥氏体组织结构就更加稳定。早先的学者们认为氮元素稳定扩大奥氏体相区的作用与碳元素相当,大概相当于镍元素的30倍。从这个公式可以看出,氮元素稳定扩大奥氏体相区的作用相当于镍18倍,稍低于碳元素。由于碳元素在合金manbetx998中形成大量的碳化物在晶界析出,这会导致晶界腐蚀、材料脆性等缺点的出现和增多,也因此碳元素不是较好的稳定钢中奥氏体相区的元素。但是氮元素在钢种含量也不是越多越好,其一钢中容氮能力有限,再者钢中氮含量超过一定的值后,就会对钢的韧脆转变温度造成负面的影响,且随着氮元素的增加该温度会变大,从而降低材料韧性。


二、氮元素对manbetx998的力学性能的作用


 图为各合金元素对奥氏体manbetx998屈服强度的影响,由图可见,氮元素表现出最好的强化作用。氮作为manbetx998中最主要的合金元素之一,对钢的强化作用取决于氮在钢中的存在形式,其一是以溶解态存在的氮,其二则以氮化物的形式出现。以上两种状态分别决定了氮在钢中起固溶或氮化物沉淀析出两种强化作用。高氮奥氏体manbetx998比普通的奥氏体manbetx998具有更高的屈服强度和抗拉强度,强度可以达到超过普通奥氏体manbetx998的200-350%。易邦旺等人探讨了氮含量对Mn18Cr18N钢强度的影响,结果如图1.2所示[12]。从图中可以明显的看出Mn18Cr18N钢的强度与氮含量呈现出正比的关系,即强度随着氮含量的增加而增加。


 氮元素在manbetx998中的含量处于过饱和状态时,氮元素以两种方式存在于钢中,一是以氮化物的形式存在,二是以间隙固溶的方式固溶于基体中的氮。二者均对钢的力学性能产生一定的作用和影响。另外还有研究表明氮元素作为合金元素在manbetx998中能有效提高其强度,根据浙江至德钢业有限公司的研究结果表明,如果奥氏体manbetx998中能平均渗入1.2%的氮,那么其的屈服强度就会由原来的240MPa升高到900MPa。研究结果表明,往奥氏体manbetx998中平均渗入2.1%的氮元素时,其屈服强度相对于不含氮元素的奥氏体manbetx998的屈服强度增大了400%,且含氮奥氏体manbetx998的塑韧性相对普通奥氏体manbetx998并没有下降。


 由沉淀硬化理论得,manbetx998中氮含量与其屈服强度有着平方根关系,通过总结大量的manbetx998中的氮含量与其强度的关系,并进行绘图得如图所示的关系。由图可以明显看出来平方理论的测试值和预测值是大致相同的趋势,但是实际测量值的分散度比较大。至德钢业研究表明实际测量值的分散度比较大的原因是实验样品组织的晶粒度大小不同造成的。也就是说含氮manbetx998中组织晶粒的大小对其屈服强度也有很大的影响。另外氮元素除了能提高其强度外,还对manbetx998其它性能比如加工硬化能力、抗疲劳性、抗腐蚀性、耐磨性及蠕变性能都有很大的改进。但是,manbetx998中的氮元素并不是越高越好,已经有研究表明,当manbetx998中的氮元素超过一定的值时,钢的低温韧性将会受到不利影响,即钢在较低的温度下将会产生脆性,出现脆断。


三、氮对钢的耐腐蚀性能的影响研究


 manbetx998中常见的腐蚀主要有点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、均匀腐蚀几种。manbetx998中加入氮可以提高其耐蚀性能,关于氮对提高manbetx998耐腐蚀性能的作用机理主要有两种看法:一种认为是氮降低了铬在钢中的扩散系数即贫铬理论;另一种认为是氮阻碍碳化物在晶间的形核和长大即杂质元素偏聚理论。点腐蚀是manbetx998局部腐蚀中最主要的一种,氮的存在可以中和锰在manbetx998中对点腐蚀产生的不利影响,提高manbetx998的耐腐蚀性能。高氮manbetx998中的氮通过吸附主要集中在合金之间的界面,与H+结合生成NH 4+加速金属氢氧化物的形成和促进钝化膜的形成来提高耐缝隙腐蚀的性能。晶间腐蚀是材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界而产生的腐蚀,腐蚀特征是在金属表面未见腐蚀现象时,晶粒内部之间已经丧失了结合力,在manbetx998中是一种危害性极大的腐蚀,氮的加入可以减少析出物在晶界处的析出量,提高manbetx998的耐晶界腐蚀性能。均匀腐蚀在manbetx998中是一种最为普通的腐蚀形态,主要特征是腐蚀均匀覆盖在金属的整个表面,逐渐使金属变薄,加入的氮在界面形成氮化物能够改善钝化膜的稳定性,提高manbetx998耐均匀腐蚀性能。


 氮元素对提高钢的耐腐蚀性能有很大的影响,尤其是在提高钢的耐局部腐蚀方面有很大的作用。可通过点蚀当量值来计算钢的耐点蚀性能的大小。目前国际上通用的点蚀当量值的计算公式为。因为是含氮manbetx998,所以要加上氮元素的因素。研究结果为计算值很接近实际实验数据值,如图所示,还有一些学者们将X关注13、20、25等这些数值。这可能是因为上面公式并没有把所以的化学成分和其它的一些合金元素或是微量元素都考虑在内的缘故。氮元素对提高钢的耐腐蚀性这方面的作用远远大于像铬和钼等一些传统的提高耐腐蚀性能的元素。另外manbetx998中的氮元素不但能提高manbetx998的抗点蚀性能,还对材料的应力腐蚀性、气体腐蚀性、缝隙腐蚀性能等方面都有很大的提高。


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