采用氮化物（合金）向钢中增氮的作用机理研究

Nitrogen is an extremely attractive, economic and environmental friendly, multi-function alloy element. Nitrogen is austenitic stable elements, and have the function of delaying carbide precipitation, It can improve the strength of steel and corrosion resistance, High nitrogen steel production process development has become the focus of attention and research of all countries, But how to economy and a stable to add nitrogen to steel is the biggest bottleneck of production of high nitrogen steel. At present, the people is very seriously attention to the production technology of high nitrogen steel smelting at atmospheric pressure with adding nitride ferroalloy and nitrogen injection. The research project will select the clean steel of low oxygen and low sulfur. Its purpose is to seek the new way of adding nitrogen to steel with nitride ferroalloy at atmospheric pressure, so that the production of high nitrogen steel are more economic. When various nitride ferroalloy add in steel, the research of action mechanism and the inherent laws of precipitation、dissolution and decomposition of nitride ferroalloy need to study , and the database which used to add nitrogen to steel with common nitride ferroalloy (vanadium nitride、Silicon nitride、vanadium- Silicon nitride and so on) will be established, So as to solve how the nitride ferroalloy is chosed 、addition amount of nitride ferroalloy used to increase the nitrogen content in steel and the thermodynamics and kinetics conditions, when the high nitrogen steel is smelted. Give full play to the effect of nitrogen alloying, expand the application field of high nitrogen steel, but also for the production technology of high nitrogen steel provide theoretical guide.So as to produce nitrogen alloy steel which had more comprehensive performance higher and more economic, improve value added and international competitiveness of steel products.

氮是一种极具吸引力的，经济和环境友好的，多功能的合金元素。氮是奥氏体稳定元素，并有延缓碳化物析出的功能，它能提高钢的强度和耐蚀性，高氮钢生产工艺的研究开发已成为各国关注和研究的焦点，但如何经济、稳定地向钢中增氮是目前生产高氮钢的最大瓶颈。目前，人们对常压下添加氮化合金和喷吹氮气冶炼高氮钢的生产工艺非常重视，本项目以低氧位和硫位的洁净钢为研究对象，寻求一条常压下采用氮化合金增氮的新途径，经济地生产高氮钢种。通过对各种氮化合金在钢中的析出、溶解和分解过程的机理和规律研究，建立常用氮化合金（氮化钒、氮化硅、氮化硅钒等）的增氮效果数据库，解决冶炼高氮钢时如何选择氮化合金、提高钢中氮含量的氮化合金加入量及所需的热力学和动力学条件，充分发挥氮的合金化作用，扩大高氮钢的应用领域，为高氮钢的生产工艺提供理论指导，以期获得综合性能更高的、更经济的氮合金钢，提升钢铁产品的附加值和国际竞争力。

氮是一种极具吸引力的，经济和环境友好的，多功能的合金元素。氮是奥氏体稳定元素，并有延缓碳化物析出的功能，它能提高钢的强度和耐蚀性，高氮钢生产工艺的研究开发已成为各国关注和研究的焦点，但如何经济、稳定地向钢中增氮是目前生产高氮钢的最大瓶颈。氮作为合金元素加入钢中，还能够代替贵金属镍，解决我国镍不足的问题。.本项目借助金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、能谱分析仪、Gleeble-1500D型热模拟实验机等仪器，系统地研究了采用氮化合金增氮对201、304、316等奥氏体不锈钢组织和力学性能的影响。同时也研究了20MnSi螺纹钢中添加氮化钒进行微合金化作用，氮对2Cr13马氏体不锈钢、SAF2205双相不锈钢的抗腐蚀作用等；首次通过热力学计算原理、Thermo-calc软件、差热分析说明了氮常压下氮化物冶炼高氮钢是可行性，为冶炼低成本、高氮、高性能钢提供了理论依据；利用第一性原理开展了氮在钢中的占位倾向及氮化物的稳定性问题，丰富了高氮钢生产的理论体系。.V含量为0.047%、氮含量为0.04%的试验钢中，经过180天的时效时间，获得了屈服强度达到831 MPa，抗拉强度到1140 MPa，伸长率为29.1%，屈强比为0.79，冲击韧性为99.6J的高延性抗震钢筋。.对增氮降镍后的316奥氏体不锈钢的研究表明，其组织仍为单一的奥氏体组织，试验钢均发生了动态再结晶，室温伸长率和断面收缩率变化不大，室温抗拉强度涨幅为47.32%，室温屈服强度涨幅为50.17%。.对304L奥氏体不锈钢增氮降镍的研究表明，1600℃下，氮化铬等氮化物在氮常压不分解，在氮压为0.082MPa下，可以成功冶炼出氮含量为0.4%的低成本高力学性能的304N奥氏体高氮不锈钢。.利用第一性原理方法研究了M（M = Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni和Mg）在α-Fe(N)体系中的结合能、电子结构、力学性能及N的扩散激活能。模拟计算表明，Ti、V、Cr、Mn与N相邻时结构最稳定，Co和Ni与N不相邻时结构最稳定。Ti与V的掺杂加强了晶胞稳定性，Mg的掺杂明显降低晶胞稳定。Ti、V、Cr与Mn的掺杂加强了N与周围金属的相互作用。金属氮化物的加入使体系力学性能得到提高。