不銹鋼（高氮不銹鋼） + 不銹鋼定義 不銹鋼是指在大氣、水、酸、堿和鹽等溶液，或其他腐蝕介質(zhì)中具有一 定化學(xué)穩(wěn)定性的鋼的總稱。 不銹鋼一般特性 表面美觀、清潔、光潔度高 優(yōu)異的耐腐蝕性能（比普通鋼長久耐用） 強(qiáng)度高，因而薄板使用的可能性大 耐高溫氧化 常溫塑性好，易于加工 焊接性能良好 2 Cr與空氣中的 O2反應(yīng)生成致密的氧化物保護(hù)膜 “鈍化膜” ，使機(jī)體得到保護(hù)。 鈍化膜 1-10nm 機(jī)體 鈍化膜主要成分： Cr2O3（普通 Cr系不銹鋼而言） 生成鈍化膜條件： %Cr 12% CrO42- 、 Cr（ OH）、 MoO42- （含 Mo等元素的不銹鋼體系） 3 CV 含碳量較高的不銹鋼在敏化溫度范圍內(nèi)（ 600-950 ），晶界析出 Cr23C6 鉻從晶粒內(nèi)固溶體中擴(kuò)充到晶界，因而只能消耗晶界附近的鉻，造成晶粒 邊界貧鉻區(qū)。（ %Cr 12%） CrV 遠(yuǎn)小于 抑制 Cr23C6生成措施 降 %C 0.03%，添加 Ni補(bǔ)償 添加 Ti or Nb，抑制 Cr23C6生成 4 + 如何實(shí)現(xiàn)“去碳保鉻” )(2 22 gCOOC )(322 3/23/4 sOCrOCr 2 個反應(yīng)的競爭 : 32./)/.( 33023 OCrCCOCr aaPPaK )(32 323 gCOCrCOCr (1) (2) (3) (4) 32 32 3/1 3 3/2 0/ OCr OCr COC aK a PPa (5) 95.243 88 40lg 3 TK (6) 不銹鋼冶煉工藝流程的演變及發(fā)展趨勢 G T Tf Pco=1 Pco0.1時，脫碳速度與碳含量無關(guān)，而僅取決于供氧強(qiáng)度。 （ 2） %C=0.050.10時，脫碳速度與鋼液碳含量具有線性關(guān)系。 （ 3） %C 0.05時的極低碳區(qū)，脫碳速度與含碳量呈 n次方指數(shù)關(guān)系 Cr 生成鈍化膜，提高耐腐蝕性能 Ni 擴(kuò)大奧氏體，提高抗磨蝕性，高溫韌性提高 改善機(jī)械性能，可焊性 C 奧氏體穩(wěn)定化元素；易生成 Cr23C6，減低耐腐蝕性能 Ti、 Nb 消除晶間腐蝕 Mn 穩(wěn)定奧氏體，降低耐腐蝕性能（ MnS） Mo 、 Cu 提高某些不銹鋼耐腐蝕性能 N 提高奧氏體不銹鋼耐腐蝕性能， N和 Mo的協(xié)同作用能顯著提高其耐腐蝕 性能 稀土元素 主要在于改善工藝性能方面。奧氏體和奧氏體鐵素體不銹鋼 中加 0.020.5的稀土元素（鈰鑭合金），可顯著改善鍛造性能。 8 成分特點(diǎn) 磁性 主要性能 主要用途 鐵素體 Ferritics Cr:11-15%; 16-20%； 21-30% 有 導(dǎo)熱系數(shù)大，膨脹系數(shù)小、抗氧化 性好、抗應(yīng)力腐蝕優(yōu)良、耐點(diǎn)蝕 , 縫隙腐蝕 強(qiáng)度高 , 冷加工性能好 韌性、缺口敏感性、焊接性能差 家用電器、廚房設(shè)備、 交通運(yùn)輸、環(huán)保及市 政建設(shè)、汽車 奧氏體 Austenitics 18%Cr+8Ni 高 Cr-Ni系列鋼 在 18%Cr+8Ni基礎(chǔ)上增 加 Cr、 Ni含量并加入 Mo、 Cu、 Si、 Nb、 Ti等元素 無 韌性和塑性較高，強(qiáng)度低，硬度小， 加工性能好，耐晶間腐蝕性能較好， 原料成本高 石油、化學(xué)、輕工、 食品、醫(yī)藥等行業(yè)中 的應(yīng)用 雙相鋼 Duplex Cr 18%28%， Ni3%10%。含有 Mo、 Cu、 Si、 Nb、 Ti， N等 元素。 有 耐晶間腐蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕有 明顯提高、優(yōu)良的耐孔蝕性能。兼 有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn) 石油、化工、造紙、 海洋等領(lǐng)域 馬氏體 Martensitics 12-18%Cr+0.21%C +Ni； Mo、 Si、 Ti、 V 有 保持一定的耐腐蝕性能，具有較高 硬度、強(qiáng)度、耐磨性能 蒸汽輪機(jī)葉片、餐具、 外科手術(shù)器械 超純鐵素體不銹鋼 高性能 200系列奧氏體不銹鋼 高氮不銹鋼 抗菌不銹鋼 10 高氮鋼是近年來隨著冶金科技的進(jìn)步出現(xiàn)的一種新型的工程材料。 高氮鋼 -材料中的實(shí)際氮含量超過了在常壓下（ 0.1MPa）制備材料 所能達(dá)到的極限值的鋼。 含氮奧氏體不銹鋼：控氮型（氮含量 0.05% 0.10%） 中氮型（氮含量 0.10% 0.40%） 高氮型（氮含量在 0.40%以上） 鐵素鐵、馬氏體不銹鋼：氮含量大于 0.08%時，便可稱為高氮鋼。 N與其它元素 (Mn, Cr, V, Nb, Ti等 )作用 , 改善鋼的多種性能 : 高強(qiáng)度、高韌 性、大的蠕變抗力、良好的耐腐蝕性能。 高氮不銹鋼成為目前的主要研究熱點(diǎn)，尤其是 高氮奧氏體不銹鋼 11 分類 %N 主要鋼種 性能特點(diǎn) 奧氏體不銹鋼 1.20 2.80 Cr18Mn11N Cr18Mn12Si2N0.7 Cr25Mn11Si3N Cr15Ni4Mo2N 室溫強(qiáng)度顯著提高，低溫沖擊韌性明顯改善； 持久強(qiáng)度提高而斷裂韌性不明顯下降； 具有優(yōu)良的耐蝕性能，抗應(yīng)力腐蝕； 奧氏體化穩(wěn)定，無磁化化穩(wěn)定； 鐵素體不銹鋼 0.08 0.60 Cr12MoVN 高溫蠕變性能改善，蒸汽透平葉片工作溫度提高到 873K 高速工具鋼 0.20 W6Cr5V2N W5Cr5V2N W2Cr6V2N 結(jié)晶組織細(xì)小； 氮化物彌散分布，不易聚集； 熱硬性強(qiáng)，粘著系數(shù)低； 熱作模具鋼 0.02 0.16 55NiCrMoV7N 3Cr4Mo2VN 30WCrMoVN 結(jié)晶組織細(xì)?。?易加工，強(qiáng)度及韌性改善； 工作溫度提高到 973K； 冷作模具鋼 0.05 0.60 55CrVMoN 工作溫度可提高到 773K 結(jié)構(gòu)鋼 0.05 0.20 38CrNi3MoVN 韌性改善，冷脆轉(zhuǎn)折溫度明顯下降； 大量研究認(rèn)為， 氮可顯著提高不銹鋼的屈服強(qiáng) 度和抗拉強(qiáng)度 。高氮奧氏體不銹鋼具有高的屈服強(qiáng) 度和抗拉強(qiáng)度，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度可達(dá)到傳統(tǒng) AISI 200(美國鋼鐵學(xué)會標(biāo)準(zhǔn) ) 和 300系列不銹鋼的 2-4倍 以上， 且仍能保持較高的斷裂韌性 。 13 氮含量為 1.0%的高氮奧氏體不銹鋼晶粒 尺寸對其機(jī)械性能的影響 氮固溶強(qiáng)化奧氏體不銹鋼 晶粒大小和強(qiáng)度也完全符合 HallPetch關(guān)系 Speidel等人的研究表明，高氮不銹鋼的強(qiáng)度與其氮含量有直接的關(guān)系 由于多晶體中的晶界的變形抗力較大，且每個晶粒的變形都要受到周圍晶粒的牽 制，故多晶體的室溫強(qiáng)度總是隨著晶粒的細(xì)化（即晶界總面積的增加）而提高。 多晶體屈服強(qiáng)度 s與晶粒平均直徑 d之間的關(guān)系可用霍爾 -佩奇公式描述： os =0 +kd-1 /2 式中 0、 k與晶體類型有關(guān)的常數(shù)。 14 Defilippi J D在研究 Cr-Mn-N合金體系中首先發(fā)現(xiàn)了 氮合金化的奧氏體不銹鋼存 在韌脆性轉(zhuǎn)變現(xiàn)象 。 Uggowitzer和 Speidel等人發(fā)現(xiàn)，無鎳的高氮 Cr-Mn-N奧氏體鋼中存在韌脆轉(zhuǎn)變 溫度（ DBTT），并且其與氮含量有關(guān)。 大量的研究者針對不同體系的高氮奧氏體不銹鋼的韌脆性轉(zhuǎn)變現(xiàn)象進(jìn)行了研究， 并對其 低溫斷裂機(jī)理進(jìn)行了解釋 ， 目前看法尚不統(tǒng)一 。 15 氮對高氮不銹鋼耐點(diǎn)蝕的影響 合金成分對奧氏體不銹鋼耐點(diǎn)蝕性能影響 氮是提高奧氏體不銹鋼耐點(diǎn)蝕性能最有效元素 PREN=1Cr+3.3Mo+XN， X 1330 奧氏體不銹鋼中合金元素對在 Cl-環(huán)境中 對點(diǎn)蝕電位的影響 PREN-耐點(diǎn)蝕當(dāng)量。 最常用的并被廣為接受的一種評定系統(tǒng)的 數(shù)值評定方法。 PREN 是以金屬中某些元素 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為基礎(chǔ)計算的一個數(shù)值。 臨界縫隙腐蝕溫度和合金成分的關(guān)系 N 、 Cr、 Mo提高了合金的耐縫隙腐蝕的 能力，而 Mn和 Ni降低了合金耐縫隙腐蝕的 能力。 N和 Mo的協(xié)同作用顯著地提高了高氮鋼 耐縫隙腐蝕性能 氮和鉬元素對高氮鋼縫隙腐蝕影響 17 氮的加入可以提高普通低碳、超低碳奧氏體不銹鋼耐敏化態(tài)晶間腐蝕性能，其 本質(zhì)是 N影響敏化處理時 Cr23C6的形核和長大，并降低了與 Cr23C6平衡 Cr的活度。 高純奧氏體不銹鋼中，沒有碳化鉻析出，主要因?yàn)橐环矫?氮增加了鈍化膜的 穩(wěn)定性 ，在一定程度上降低了平均腐蝕率；另一方面，在含氮高的鋼中雖然有氮 化鉻，但由于 氮化鉻的析出速度很慢 ，敏化不會造成晶界貧鉻，對敏化態(tài)晶間腐 蝕影響很小。 18 轉(zhuǎn)子主體與用 P900制成的護(hù)環(huán)的裝配情況 鹽霧實(shí)驗(yàn)后 含氮與不含氮馬氏體不銹鋼腐蝕情況的比較 人工合成的骨質(zhì)人體材料 高氮不銹鋼的應(yīng)用領(lǐng)域 19 Ti、 Zr、 V、 Nb 等元素顯著提高氮溶解度， 形成氮化物的趨勢強(qiáng)烈。 Cr 顯著提高氮在不銹鋼中的溶解度，形成 氮化物的趨勢較 Ti、 Zr等元素小。 Mn 在 HNS中廣泛用來增加氮的溶解度，較 Ni廉價，具有強(qiáng)烈的穩(wěn)定奧氏體的作用， 過 高 Mn對耐腐蝕性能不利 。 Ni 不銹鋼中重要的合金元素， Ni減小了氮在 鋼液中的溶解度，且 鎳對人體有過敏反應(yīng) 。 Mo 提高氮在鋼液中的溶解氮，主要作用是 提高耐腐蝕性能 。 顯著提高氮溶 液度，強(qiáng)烈形 成氮化物元素 平衡氮化物 形成和氮溶 解度元素 中性元素 強(qiáng)烈降低氮 溶解度元素 合金元素對鋼液中氮溶解度的影響 20 溫度對氮溶解度的影響 溫度和鉻含量對鋼中溶解的影響 隨鉻含量增加，氮溶解度顯著增大， 溫度對溶解度影響趨勢增大，且隨溫度 的提高氮的溶解度降低，這種現(xiàn)象存在 于含有增加氮溶解度元素（如 Mn、 Mo） 的鐵基合金中。 而含有降低溶解度元素的鐵基合金， 恰恰相反，隨溫度提高氮的溶解度增大。 21 在凝固過程中由于鋼按 L -Fe -Fe順序發(fā)生相變，由于氮在 - Fe中溶解度很小，在凝固過程中氮在凝固相的前端富集，若鋼液中氮的 含量很高，凝固過程中有可能會析出氣泡。 22 為了防止氣泡析出，必須滿足下列公式： rPPP mab /2 式中： bP 氮?dú)馀莸男魏藟毫Γ?aP 凝固體系上的壓力； mP 鋼液的靜壓力； 氣泡的表面張力； r 氣泡的半徑。 防止高氮鋼在凝固過程中氮?dú)馀莸奈龀觯?可增加表面活性元素，增大 值 ； 增大體系壓力，即凝固過程在高壓下進(jìn)行 。 23 liqsol NNk /,0 Feichtinger研究了 Fe18Cr18Mn在凝固過 程中， 氮分壓對氮分配系數(shù) 影 響。 陸利明等探討了對高氮鋼凝固過程及偏析 進(jìn)行了理論計算，為避免氮在凝固過程中氣 泡析出的施加的 最小壓力 進(jìn)行了計算。 但是 該計算方法沒有考慮合金元素對氮溶解的影 響 。 M.R.R idolfi研究了 16%18%Cr高氮奧氏 體不銹鋼中氮?dú)馀莸奈龀鲂袨椋?調(diào)整鋼液成 分 可以避免氣泡的生成。 氮分壓對氮分配系數(shù)的影響 24 高氮鋼的開發(fā)主要集中在兩個方面：一方面 根據(jù)材料性能的要求設(shè) 計高氮鋼的成分 ；另一方面是通過 制備技術(shù)來得到合乎成分要求的高氮 鋼 。就高氮鋼制備而言，最關(guān)鍵的問題在于尋找廉價的氮源；在迅速提 高氮含量的同時防止氮在高氮鋼凝固過程中逸出，且保證氮在鋼中均勻 分布。 目前，國外用于制備高氮鋼的方法有： 常壓電渣重熔工藝 、 氮?dú)饧?壓熔煉法 、 粉末冶金法 和 表面滲氮法 。 25 類型 發(fā)展現(xiàn)狀 氮合金化方式及優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 熱等靜壓熔煉 （ HIP） 實(shí)驗(yàn)室規(guī)模 氣相合金化 機(jī)體中易形成氮化物沉淀 加壓感應(yīng)爐熔煉 相對于 HIP熔煉方法而言，加壓感應(yīng)爐熔煉高 氮鋼的規(guī)模較大 氣相合金化 氣相熔體界面的表面積非常小時， 難以獲得很高的氮含量。 大熔池法（ BSB） 保加利亞工業(yè)化大規(guī)模，鋼包均 采用感應(yīng)加熱，其容量的最小為 0.5t，最大為 10t 氣相合金化 鋼水來源廣；生產(chǎn)效 率高；電耗低等優(yōu)點(diǎn) 工廠更加復(fù)雜；設(shè)備比較昂；需要特殊 技能的人去操作，生產(chǎn)成本比較高 加壓電渣重熔熔 煉（ PESR） 商業(yè)上生產(chǎn)高氮鋼的有效方法 ； 德國最大 20噸；日本 NIMS 1臺 20kg的 實(shí)驗(yàn)用 PESR，最大壓力 5MPa 渣池中添加氮化合金顆粒（德 國）；制備復(fù)合電極（日本） 氮均勻性存在一定問題；制備復(fù)合電 極昂貴；硅超標(biāo)等問題 加壓鋼包氮?dú)獯?洗法 Syvazhin對鋼包中 1t到 300t鋼水底吹氣 合金化，氮達(dá)到 0.5%0-0.9%。 Holzgruber提出加壓鋼包中電渣加熱 底吹氮?dú)夂辖鸹?吹氮提供了一種廉價的合金化方法，溫 度和成分均勻分布；氮的控制很容易通過控制壓 力來達(dá)到；可采用任何普通的鑄造方法 加壓等離子電弧 熔煉（ PARP） Torkhov采用加壓等離子電弧爐獲了 25Cr16Ni7Mn0.6N 等離子弧滲氮 平衡時氮的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熱力 學(xué)氮飽和濃度 電能消耗高；壓力有限；氮分布不均勻 改進(jìn)型等離子加 壓熔煉工藝 （ PPMP） Siwka研究發(fā)現(xiàn)等離子體滲氮時， 鋼液面上添加精煉渣可極大提高氮 的飽和度；氮壓力可以提高 1.2MPa ； 底吹氮?dú)獾蜏囟鹊木鶆蚧?； 等離子弧滲氮 氣相合金化 推廣規(guī)模有限 加壓弧渣重容技 （ PASR） 烏克蘭巴頓電焊研究院，工業(yè)化生產(chǎn) 的加壓弧渣重熔設(shè)備 USh-180，氮?dú)鈮毫?可達(dá) 4 MPa，可生產(chǎn) 5 t錠 氣相離子 氮均勻分布；電耗低；結(jié)晶質(zhì)量好等 推廣規(guī)模有限 高氮奧氏體不銹鋼的冶煉理論基礎(chǔ)及其材料性能研究 + 氮?dú)饧訅喝蹮捀叩讳P鋼鋼有兩個基本 的機(jī)理 （ 1）在氮?dú)馊垠w的界面上發(fā)生反應(yīng) N2 2N，雙原子氮?dú)夥纸獬蓡卧?子氮，并被熔體吸收； 這一類熔煉高氮不銹鋼的方法包括：熱等靜壓熔煉（ HIP）、加壓 感應(yīng)爐熔煉、加壓等離子熔煉、加壓電渣重熔（ PESR）、反壓鑄造法。 （ 2）直接往液態(tài)渣或熔體中加入金屬的氮化物或其復(fù)合物。 27 熱等靜壓熔煉和加壓感應(yīng)爐熔煉是兩種實(shí)驗(yàn)室規(guī)模制備高氮鋼的方法。 他們都是通過氣液反應(yīng)提高鋼水氮含量的。 熱等靜壓熔煉爐內(nèi)壓力最大可達(dá) 200MPa，制備的高氮鋼氮含量可達(dá) 4%，但在高氮鋼機(jī)體中易形成氮化物沉淀 ，氮分布均勻性存在問題。 圖 3 采用熱等靜壓法制備高氮不銹鋼的工藝曲線 28 + Stair-Uocorz利用實(shí)驗(yàn)研究型加壓感應(yīng)熔煉 爐研究氮在合金中溶解度行為時，將氮分 壓提高到 10MPa，制備合金中氮的質(zhì)量分 數(shù)最高可達(dá) 3以上。 + 在保加利亞 500kg加壓感應(yīng)爐進(jìn)行了制備 高氮鋼的研究， Cr18Mn12N鋼在氮分壓 1.2MPa感應(yīng)爐內(nèi)持續(xù)滲氮 3.5h，鋼液中的 氮含量從 0.35增加到 0.42% 。 + 鋼液滲氮的過程中，氣相熔體界面的表 面積占主導(dǎo)地位，當(dāng)它非常小時，熔池中 鋼液的氮飽和度就不高。 圖 4 50kg加壓感應(yīng)爐設(shè)備示意圖 29 加壓電渣重熔是目前商業(yè)上生產(chǎn)高氮鋼的有效方法。目 前典型的合金化方式有兩種：設(shè)有合金添加裝置（德國） 制造復(fù)合電極（日本）。 圖 7 德國加壓電渣爐的設(shè)備示意圖 德國最大加壓電渣爐為 20t，熔煉室運(yùn)行壓力 4.2MPa， 最大生產(chǎn)鑄錠直徑 1m重 20。 日本國家材料研究所（ NIMS）在上世紀(jì) 90年代研制了 1臺 20kg的實(shí)驗(yàn)用高壓電渣爐實(shí)驗(yàn)裝置，系統(tǒng)最大壓力為 5MPa，實(shí)際試驗(yàn)時控制在 4MPa。采用此高壓電渣設(shè)備 生產(chǎn)的高氮鋼中氮含量可達(dá) 1以上。 30 圖 8 16噸高壓電渣爐照片 圖 9 20噸高壓電渣爐照片 31 + Torkhov采用加壓等離子電弧爐制備 25Cr16Ni7Mn0.6N高氮不銹鋼實(shí)驗(yàn)研究表 明，采用等離子弧可以加速鋼水的滲氮，而且金屬雜質(zhì)含量較低，在較低的 氮分壓下，不需要添加氮化合金即可獲得非常高的氮含量。 用等離子弧滲氮時，熔融金屬暴露于等離子弧中時利用化學(xué)吸附和電場吸附 使鋼水增氮，其 平衡時氮的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熱力學(xué)氮飽和濃度 。 存在缺點(diǎn)： 1）電能消耗高； 2）其壓力僅限在 0.45MPa以下； 3）由于等離子噴槍內(nèi)溫度的分布不均勻，造成氮不同程度的分解，從 而造成熔池中氮的分布不均勻； 4）設(shè)備復(fù)雜昂貴，難以生產(chǎn)板坯，鍛錠和鑄錠。 32 高氮不銹鋼冶煉的冶金學(xué)基礎(chǔ)研究 高氮不銹鋼的制備 33 %102.3%024.0%105.3%011.0 525 MnMnNiNi )/l o g%105.3%048.0%109.7%01.0 02425 2 ppCrCrMoMo NpN %043.0%118.0%13.075.03 2 8 017.1188)/l g (21l g % 02 SiCNTTppN N 當(dāng) ，0.1/ 0 2 pp N ；06.0pN ，0.1/ 02 pp N ；0pN pN 壓力對氮活度的作用系數(shù)。 氮溶解度與體系溫度、氮分壓和合金成分的熱力學(xué)計算模型 氮溶解度的計算值與測量值比較 35 氮分壓對 304和 316不銹鋼熔體氮溶解度影響 在氮分壓小于 0.1MPa時，熔體中氮的溶解度與氮分壓符合 Sievert定律 西華特定律定義為氣體在鋼中的溶解度與它在氣相中的分壓的平方根成正比。 36 在 1873K純鐵和 Fe-Cr、 Fe-Mn合金體系中氮分壓對氮溶解度的影響 當(dāng)?shù)謮捍笥?0.1MPa，尤其是在熔體中合金元素含量較高時，不符合 Sievert定律 氮溶解度隨氮分壓的增加顯著提高，因此加壓熔煉是制備高氮鋼的有效手段 37 在 1873K、 0.1MPa和 5MPa壓力下純鐵和不同的合金體系中溫度對氮溶解度的影響 氮分壓一定，溫度對氮溶解度的影響取決于合金的成分 純鐵和 Fe-Ni合金，隨著溫度的增加，熔體中氮的溶解度增大 38 對于一定合金成分和氮分壓的熔體來說，熔體中氮的溶解度可表示為： BTAN lg % 其中 A 188 3280 fN,1873,當(dāng) fN,1873=-0.057時， A 0；當(dāng) fN,18730，熔體中氮溶解度隨溫度的增加而減?。划?dāng) fN,1873-0.057時， A<0， 熔體中氮溶解度隨溫度的增加而增大。 因此在一定的氮分壓條件下，溫度對熔體中氮溶解度的影響取決于 氮 的活度系數(shù) ，而 活度系數(shù)與合金成分密切相關(guān) ，因此溫度對熔體氮溶解度 的影響，取決于合金系成分。 39 Fe18Cr18Mn在不同氮分壓下的溶解度 (a) 0.02MPa; (b) 0.1MPa; (c) 0.6MPa 40 4Cr-16Mn合金在 0.1MPa氮分壓下的溶解度 隨著奧氏體形成元素含量的提高，凝固過程中 鐵素體區(qū)域逐漸減小至可能消失 適當(dāng)提高合金體系中奧氏體形成元素的含量可減少氮在其凝固過程中析出的趨勢 41 建立了氮在高氮不銹鋼熔體在凝固過程中的偏析模型 隨著凝固的進(jìn)行，氮濃度逐漸增大，且固相率越大時，氮濃度增加的越快。當(dāng)前 沿氮濃度超過其飽和值時，便會有氮?dú)馀菸龀龅目赡堋?氮濃度隨凝固進(jìn)程的變化 3 42 Fe-13Cr的 PNmax為 0.73MPa， Fe-18Cr-9Ni為 0.33MPa。 18Cr18Mn， N0=0.8% 時， PNmax為 0.41MPa， N0=1.2%時 PNmax為 1.29MPa。 為避免氮析出所需要施加的最小壓力為 Pbmin PNmax-Pm-2/r。 凝固過程中氮的平衡壓力曲線 3 43 當(dāng) 18Cr18Mn鋼在加壓到 0.6MPa時，凝固過程中沒有 鐵素體相的出現(xiàn)，直 接由液相轉(zhuǎn)變?yōu)?奧氏體相，相應(yīng)的偏析方程中氮的分配系數(shù)也變?yōu)榈趭W氏 體相中的分配系數(shù) 0.48。所以當(dāng)施加的氮壓力超過 0.6MPa，改變偏析系數(shù)，這 時平衡氮分壓最大為 0.76MPa。 可以得出在 提高氮分壓 和 快速定向凝固 條件下，可有效避免鋼凝固過程中 氮?dú)饪椎纳?。在電渣重熔工藝過程中，由于采用水冷結(jié)晶器，其冷卻效果較 好，可在氮含量較高的情況下采用該工藝進(jìn)行電渣重熔，而且可以有效地抑制 氮的析出。 44 加壓感應(yīng)熔煉 VIM+ESR（氮?dú)獗Ｗo(hù)）工藝 加壓電渣重熔 45