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氮在316L不锈钢管的作用除了代替部分贵重金属镍外,主要是在不损害钢的塑性和韧性的前提下,显著提高钢的强度。氮对316L不锈钢管的强化优势如图所示。目前关于氮的强化作用主要包括间隙固溶强化,晶界强化,析出强化。 可以看出氮和碳在钢中主要以间隙原子形式存在,但在不同的晶格中占据不同的位置。在体心立方晶格中占据四面体间隙位置,在面心立方晶格中占据八面体间隙位置。由于316L不锈钢管的晶格结构为面心立方晶格,因此氮和碳在奥氏体中主要存在于八面体间隙位置。 与碳相比氮原子半径虽然较小,但氮在316L不锈钢管的晶格中可以产生更大的晶格膨胀,使位错运动的阻力增大,强度增加。有研究表明,在300系列不锈钢管中加入0.1%的氮元素,奥氏体基体畸变应力增加3.3倍,室温强度提高约60MP~100MP。另一方面,氮原子对位错也有强烈的钉扎作用。这是由于氮原子与位错的结合焓较高;再者氮原子与位错之间也存在静电的相互作用,因为位错的核心由于缺少自由电子,而带正电荷,氮原子附近由于自由电子较多,带负电荷。这使得氮原子与位错之间发生静电吸引作用,强化效应增加。氮还可以使原子间电子交换的方向性降低,使电子在晶体结构内的分布更均匀,更利于氮的弥散强化。此外,由于电子交换方向性降低,原子键合在位错滑移过程中并未减弱或受到破坏,所以氮合金化后的316L不锈钢管仍具有较高的断裂韧性。
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