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氮能夠提高材料的力學(xué)性能，主要是由于，氮原子半徑為0.071nm，鐵原子半徑為0.126nm，氮原子與鐵原子的半徑相比，氮原子半徑小于鐵原子半徑，并且作為溶質(zhì)的氮原子與作為溶劑的鐵原子半徑的比值為0.071/0.126=0.56＜0.59，所以氮加入到鋼中，占據(jù)在鐵原子形成的晶胞的八面體間隙中，形成間隙固溶體。其他條件相同時(shí)，形成間隙固溶體提高材料強(qiáng)度的能力是形成置換固溶體強(qiáng)度能力的10~100倍。此外，碳、氮還能與鋼中的鉻、錳等金屬形成第二相粒子，提高材料的強(qiáng)度。

從圖1.8可以看出，鋼中氮含量的增加能夠提高材料的屈服強(qiáng)度，但對(duì)鋼的斷裂韌性幾乎沒有影響。雖然在高溫及室溫下，高氮鋼的韌性受氮的影響不大；但是低溫下，氮的加入會(huì)出現(xiàn)韌脆轉(zhuǎn)變（DBTT）現(xiàn)象。關(guān)于高氮鋼韌脆轉(zhuǎn)變機(jī)理的分析到目前為止尚未形成統(tǒng)一思想，比較認(rèn)可的是微解理斷裂。因此，在低溫下使用高氮鋼在設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮韌脆轉(zhuǎn)變溫度，防止意外事故的發(fā)生。為了解決這個(gè)問題，一般在設(shè)計(jì)鋼種時(shí)通過鎳當(dāng)量與鉻當(dāng)量的計(jì)算，再根據(jù)圖1.9，選擇合適的范圍，以避免低溫下韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象的發(fā)生。

Nb對(duì)不銹鋼管力學(xué)性能的影響

研究表明，Nb加入到鋼中，與鋼中的碳、氮形成化合物及第二相粒子，這些第二相粒子及化合物成為再結(jié)晶的晶核，因此再結(jié)晶形核率高，同時(shí)，這些第二相、及化合物的存在，延遲了再結(jié)晶晶粒的長大，使得晶粒細(xì)化，從而提高不銹鋼管的力學(xué)性能。此外鈮的第二相粒子，在整個(gè)晶粒及晶界上彌散析出，起到沉淀強(qiáng)化的作用，亦提高了材料的力學(xué)性能。

N對(duì)不銹鋼管耐腐蝕性能的影響

高氮不銹鋼管中的氮能夠提高不銹鋼管的耐腐蝕性，尤其是對(duì)不銹鋼管的耐晶界腐蝕性效果更加顯著。很多學(xué)者對(duì)高氮不銹鋼管的耐腐蝕性機(jī)理進(jìn)行了研究，然后并沒有達(dá)到一致的意見。目前最被廣大研究者接受的是：氮溶解后，會(huì)與環(huán)境中的氫離子發(fā)434NHeHN，環(huán)境中氫離子被消耗掉，PH值升高，這樣使得不銹鋼管更抗腐蝕。還有的研究者認(rèn)為，氮的加入，對(duì)不銹鋼管的鈍化過程起促進(jìn)作用，使得不銹鋼管的鈍化層加厚，并且更加致密，從而提高了不銹鋼管的耐腐蝕性。不銹鋼管的抗點(diǎn)蝕能力一般用PRE來衡量，PRE一般通過式PRE=30w[N]+w[Cr]+3.3w[Mo]來計(jì)算，由PRE的計(jì)算公式可以看出，氮的抗點(diǎn)蝕能力是鉻的30倍。圖1.10為PRE與產(chǎn)生點(diǎn)蝕溫度的關(guān)系，由圖1.10可知，發(fā)生點(diǎn)蝕的溫度隨著氮含量的增加而提高。不銹鋼管的耐縫隙腐蝕性一般用MARC（MeasureofAlloyingforResistancetoCorrosion）指數(shù)衡量，MARC一般通過式MARC=Cr+3.3Mo+20C+20N-0.5Mn-0.25Ni來計(jì)算，此式說明，不銹鋼管中氮的耐縫隙腐蝕性是鉻的20倍。圖1.11所示為MARC與發(fā)生耐縫隙腐蝕的溫度關(guān)系[23]，由圖1.11可以得出，隨著MARC的增加，耐縫隙腐蝕的溫度升高。