高氮奥氏体不锈钢在糊状区保温过程中的相变规律及其对氮含量的影响

The current smelting processes for high nitrogen austenitic stainless steel under atmospheric pressure have drawbacks like low nitrogen solubility and prone to gas pores.One possilbe approach to solve these problems,is to decrese the smelting temperature to the mushy zone and keep it at that temperature for a certain length of time. And by doing so, possible advatages are high solubity attainable and low porosity in castings, becasue the nitrogen solubility in austenitic steel is inversely proportional to the smelting temperature. In this project, we will develop a new production method, by holding the melt in the temperature range of mushy zone, for austenitic stainless steel. The phase transformation, microstructure evolution during the holding at the mushy zone will be researched. The ratio of the ferrite,austenite and liquid phase on the solubility, together with precipitation behavior of nitrogen in the mushy zone will be investiaged to establish a sound theoretic foundation for the mushy zone based technolgy. The research has improtant practical significance for improving the nitrogen solubility at atmospheric pressure and promoting the development of high nitrogen steel smelting technology.

高氮奥氏体不锈钢的常压熔炼工艺增氮效果差，且易于产生气孔。本项目：设想将熔炼温度降至糊状区的温度范围，在氮气氛下进行"半固态"保温，促使氮在奥氏体中的溶解度趋向饱和，达到增氮的目的，同时减少气孔发生。 本项目以高氮奥氏体不锈钢为研究对象, 研发在糊状区内制备高氮奥氏体不锈钢的新工艺；并针对该工艺, 研究高氮奥氏体不锈钢在保温过程中的相变、显微组织的变化规律；研究组成相体积分数对氮含量、氮析出的影响机制；建立在糊状区温度范围内制备高氮奥氏体不锈钢的理论和工艺。 本项目的研究对提高常压熔炼工艺的增氮效果，促进高氮钢冶炼技术的发展具有重要的现实意义。

高氮奥氏体不锈钢常压熔炼工艺的增氮效果差，且易于产生气孔。针对这一问题，本项目设想将熔炼温度降至糊状区的温度范围，在氮气氛下进行“半固态”保温，促使氮在奥氏体中的溶解度趋向饱和，从而达到增氮的目的，同时减少气孔发生。本项目主要研究内容包括：（1） 研发在糊状区温度范围内制备高氮奥氏体不锈钢的新工艺；（2）并针对该工艺, 研究高氮奥氏体不锈钢在保温过程中的相变、显微组织的变化规律；（3）研究组成相体积分数对氮含量、氮析出的影响机制。.研究结果表明，糊状区保温能够显著地提高试样的氮含量。在氮气分压为1atm的情况下，最高能够获得4.3%的氮含量，同时显著降低了气孔率。糊状区保温的Fe-Cr-Mn-N系合金室温组织由高温铁素体和奥氏体组成。随着保温时间的增长，奥氏体的体积分数增加,而铁素体的体积分数逐渐减小。氮含量的增加会促进包晶反应的进程，同时抑制σ相的形核长大。 铁素体的(110)面和奥氏体的(100)面互相平行，符合K-S关系，表明奥氏体的(100)面是由铁素体的(110)面转变而来。利用经典凝固理论和热力学软件模拟，研究了凝固过程中氮在铁素体、奥氏体、液相中浓度变化规律，建立了氮在奥氏体不锈钢凝固过程中析出和偏析的数学模型，分析了气泡临界形核条件。随着凝固的进行，氮在凝固界面前沿液相中的浓度逐渐增加，当氮浓度超过饱和值时，以气泡的形式析出，使得最终的氮含量降低。不锈钢的屈服强度和抗拉强度均随糊状区保温时间的延长（氮含量的增加）而增大，同时氮含量的增加，也能够提高了抗腐蚀能力。 .本项目的研究对提高常压熔炼工艺的增氮效果，促进高氮钢冶炼技术的发展具有重要的现实意义。