氮在不锈钢管中的存在形式与影响

１）固溶氮对组织结构的影响

氮与碳相似，是形成间隙相的主要元素，在奥氏体不锈钢管中，氮大部分固溶在奥氏体中，在铁素体中很少；在铁素体－奥氏体双相不锈钢管中，氮在两相的分配因数为０．２３～０．２５。氮是扩大奥氏体区和具有稳定奥氏体的作用，相当于镍的２５倍左右（Ｎｉｅｑ＝Ｎｉ％＋０．５Ｍｎ％＋３０Ｃ％＋２５Ｎ％）（不同文献有不同的报道，从１３．４至３０倍）。在常规的１８８奥氏体不锈钢管中，会有少量的铁素体存

在，随着碳量的提高，铁素体量将增加；而加入氮以后，随氮量的增加，可以减少铁素体量的增加；另外，可弥补由于降低碳量而造成对组织带来的不利影响，氮可使铁素体的形态由网状、长条状向短棒状、孤岛状转变，从而减少网状铁素体对奥氏体不锈钢管强度和塑性的不利影响浙江不锈钢管厂家。

２）金属氮化物及其弥散现象

在奥氏体不锈钢管中，存在弥散氮化物—Ｃｒ２Ｎ，氮延缓Ｍ２３Ｃ６及金属间化合物析出；在含Ｔｉ、Ｎｂ钢中，会存在ＴｉＮ、ＮｂＮ、Ｃｒ３Ｎｂ３Ｎ、ＣｒＮｂＮ等氮化物；在含Ｍｏ双相钢中，有很大比例氮以ＭｏＮ、Ｍｏ２Ｎ２Ｃｒ的氮化物形式存在于奥氏体基体中；在马氏体不锈钢管中，氮是马氏体中主要的间隙元素，对马氏体相变和性能起决定性作用。氮在马氏体不锈钢管中，与其他元素形成氮化物分布于晶界上，能防止晶粒长大，提高硬化能力。

２氮在不锈钢管中的有益作用

（１）氮是奥氏体形成元素，在一些钢中作为有益元素加入，能显著提高力学性能和耐蚀性。

（２）氮作为合金化元素，在各类不锈钢管和耐热钢，可以取代并节省Ｎｉ。

（３）氮是固溶元素，以间隙原子形式产生固溶强化，显著提高钢的强度，每０．００１％Ｎ可增加６ＭＰａ强度，并基本上与工艺条件无关。这种作用要超过其他间隙元素。如固溶态下，一般奥氏体不锈钢管的Ｒｐ０．２约２００ＭＰａ，含０．５％Ｎ的不锈钢管Ｒｐ０．２达５００ＭＰａ，０．９％Ｎ的Ｒｐ０．２达８００ＭＰａ。而同时韧性不明显降低。

（４）铁基体与氮化物的界面能小于铁基体与碳化物的界面能。因此氮化物更易形成弥散细小的强化相。钢的含氮量及温度对晶粒大小有影响，随氮量的增加，晶粒细化作用将更大，低温下更有效，高温下氮的这种作用变小，甚至消失。总之，氮在不锈钢管中主要通过固溶强化、晶粒细化及氮化物弥散强化途径来提高、改善钢的性能。

（５）再者，氮的加入可改善奥氏体不锈钢管的耐一般腐蚀、点蚀、应力腐蚀和晶界腐蚀能力。氮合金化能促进奥氏体不锈钢管表面富氮钝化膜的形成，并抑制碳化物的析出，从而可降低晶界腐蚀的敏感性；Ｃｒ２Ｎ的析出所造成的晶间腐蚀也不如Ｃｒ２３Ｃ６析出所造成的晶间腐蚀显著。

（６）氮具有很强的抗点蚀能力，约是Ｃｒ的３０倍，与Ｍｏ元素一起相互作用可显着提高抗点蚀性能，且抗点蚀性能随氮含量的提高而显着提高。如含氮０．３％～０．６％的高氮钢Ｘ２ＣｒＮｉＭｎＭｏＮｂＮ２５１８５４（ＵＮＳＳ３４５６５）具优异的耐腐蚀性能，在固溶态下特别能耐各种氧化性或还原性酸的腐蚀，即使这些酸受到卤化物的污染影响也不多。

３氮在钢中的有害作用

通常钢中氮是在炼钢过程中随炉料进入，或钢水可从炉气中吸入。如将含氮量较高的钢从高温急冷后，得到氮在αＦｅ中过饱和固溶体（Ｎ在αＦｅ中最大溶解度在５９１℃为０．１％，随温度的下降，溶解度急剧下降，而在室温下＜０．００１％），在室温下长期放置或稍高温度加热时，氮会逐渐以氮化铁形式从αＦｅ中析出，使钢变脆（强度硬度升高、塑韧性下降），俗称时效。另外，氮还会与钢中的Ｔｉ、Ａｌ等元素形成脆性夹杂物，聚集在晶界上，影响疲劳性能。早期普遍认为加入少量的氮对钢的有利作用不明显，相反对冲击韧度、塑性存在不利影响，这些也阻碍了人们对氮应用的重视。