Tác dụng của nitơ như một nguyên tố hợp kim trên thép không gỉ song công là đáng kể và nhiều mặt, ảnh hưởng đến tính chất cơ học, khả năng chống ăn mòn, cấu trúc vi mô và khả năng hàn.

Tính chất cơ học

• Nitơ làm tăng đáng kể cả nhiệt độ phòng và độ bền nhiệt độ cao của thép không gỉ duplex thông qua tăng cường dung dịch rắn. Ví dụ, thêm 0,1% nitơ có thể tăng cường độ 60-100 MPa mà không làm giảm đáng kể độ dẻo hoặc độ dẻo dai khi hàm lượng nitơ được kiểm soát đúng cách1.

• Hàm lượng nitơ cao có thể mang lại độ bền rất cao trong thép không gỉ austenit và duplex, trong khi vẫn duy trì độ dẻo dai đứt gãy tốt1.

• Nitơ cũng tăng cường đặc tính mệt mỏi và rão, đặc biệt là trong điều kiện xử lý nhiệt2.

• Trong hàn, nitơ giúp kiểm soát cân bằng pha, thúc đẩy sự hình thành austenit trong vùng mối hàn, giúp cải thiện tính chất cơ học và độ cứng trong vùng ảnh hưởng nhiệt3.

Chống ăn mòn

• Nitơ cải thiện rõ rệt khả năng chống ăn mòn tổng thể, bao gồm khả năng chống ăn mòn cục bộ như rỗ, ăn mòn kẽ hở và tấn công giữa các hạt trong thép không gỉ song công14.

• Tác dụng của nó đối với khả năng chống ăn mòn mạnh hơn nhiều so với crom đơn thuần, với nitơ cải thiện khả năng chống ăn mòn hiệu quả hơn 16-30 lần trong một số trường hợp1.

• Nitơ thúc đẩy quá trình làm giàu crom trong màng thụ động và ổn định nó, tăng cường khả năng chống ăn mòn của thép14.

• Nó cũng có thể kết hợp với molypden để tạo thành nitrua ổn định (ví dụ: Ni2Mo2N), cải thiện hơn nữa khả năng chống ăn mòn và thụ động1.

• Số tương đương chống rỗ (PREN), một thước đo khả năng chống ăn mòn rỗ, có trọng lượng lớn hàm lượng nitơ (nhân với 16), cho thấy vai trò quan trọng của nitơ trong việc tăng cường khả năng chống ăn mòn ở các loại song công và siêu song công4.

Cấu trúc vi mô và độ ổn định pha

• Nitơ ổn định pha austenit trong thép không gỉ song công, tăng độ hòa tan của nó và trì hoãn quá trình nhiệt hạch của austenit ở nhiệt độ cao12.

• Nó ức chế sự hình thành của pha sigma (σ) bất lợi, nếu không có thể làm giảm các đặc tính cơ học và ăn mòn1.

• Trong quá trình hàn, việc bổ sung nitơ trong khí bảo vệ giúp duy trì nồng độ nitơ trong mối hàn, thúc đẩy sự hình thành austenit sơ cấp và thứ cấp và kiểm soát hàm lượng ferit, điều cần thiết cho cấu trúc vi mô song công cân bằng và các đặc tính tối ưu3.

• Nitơ quá mức (>0,12-0,15%) có thể làm giảm khả năng làm việc nóng và hiệu suất tạo hình nguội và có thể làm tăng độ nhạy ăn mòn giữa các hạt do kết tủa crom nitride dọc theo ranh giới hạt1.

Khả năng hàn

• Sự ra đời của nitơ đã cải thiện khả năng hàn của thép không gỉ song công bằng cách loại bỏ các vấn đề liên quan đến các vùng ảnh hưởng nhiệt hạt thô với các đặc tính kém hơn2.

• Sử dụng nitơ trong khí che chắn hoặc khí nền trong quá trình hàn giúp bù đắp tổn thất nitơ, duy trì cân bằng pha và tính toàn vẹn cơ học trong các vùng mối hàn35.

Tóm tắt

Nitơ là một nguyên tố hợp kim quan trọng trong thép không gỉ song công, cung cấp:

• Tăng cường sức mạnh đáng kể thông qua tăng cường dung dịch rắn.

• Khả năng chống ăn mòn vượt trội, đặc biệt là chống ăn mòn cục bộ.

• Ổn định và thúc đẩy giai đoạn austenit, cải thiện cân bằng cấu trúc vi mô.

• Cải thiện khả năng hàn bằng cách kiểm soát sự biến đổi pha và giữ nitơ trong quá trình hàn.

Tuy nhiên, hàm lượng nitơ phải được kiểm soát cẩn thận để tránh ảnh hưởng xấu đến khả năng làm việc và ăn mòn do kết tủa nitride. Thép không gỉ duplex và super duplex hiện đại thường chứa nitơ trong khoảng từ 0,1% đến 0,3%, tối ưu hóa sự cân bằng của những tác dụng có lợi này124.

Nhìn chung, vai trò của nitơ trong thép không gỉ song công là rất quan trọng để đạt được các hợp kim hiệu suất cao với độ bền, khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn tuyệt vời với chi phí tương đối thấp.