凝固模式对高氮不锈钢氮含量影响规律的研究

高氮不锈钢由于节约镍资源、强度高、成本低、耐蚀性好，受到国内外的广泛重视。由于氮在钢中的溶解度低、凝固过程中容易溢出形成气孔，成为制约高氮钢发展的重要问题。申请人认为，由于氮在钢液和奥氏体中的溶解度远远高于其在铁素体中溶解度，因此在凝固过程中的铁素体相变是造成上述问题的症结。本项目拟通过调整合金成分、控制凝固工艺、改变凝固行为，研究凝固模式为对高氮钢氮含量影响关系。预期通过缩小δ相区间、扩大γ相区，从而提高钢液溶氮能力、减少凝固时氮气溢出、避免固态δ相引起的氮化物析出。项目拟开展氮化合金及吹氮气进行增氮的冶炼试验，通过调整合金成分、控制凝固速度、使得钢液以A或近A的AF模式凝固，并进行高氮钢成分、组织、析出物的分析，从而探明凝固模式对高氮钢氮含量的影响规律，建立高氮钢合金元素铬、镍当量模型，提出针对不同冶炼工艺和合金成分含量的常压下冶炼高氮钢的氮含量预测模型。

高氮不锈钢由于节约镍资源、强度高、成本低、耐蚀性好，受到国内外的广泛重视。由于氮在钢中的溶解度低、凝固过程中容易溢出形成气孔，成为制约高氮钢发展的重要问题。本项目通过调整合金成分、控制凝固工艺、改变凝固行为，研究凝固模式对高氮钢氮含量的影响并建立高氮钢含量预测模型并通过改变热处理制度研究碳氮化物溶解析出规律及其对性能的影响。通过改变Mn，Cr，Ni元素含量研究了凝固模式对氮含量的影响，当凝固模式为A时，凝固过程中氮溢出量较少，铸锭中氮含量较高，而凝固过程中经历δ相时会使铸锭中氮含量大幅度降低。Mn含量不改变钢凝固模式，其“等效相互作用系数” 为-0.0286与 其钢液中的相互作用系数相近；而随Cr，Ni含量增加，其凝固模式分别依次经历F→FA→A模式和FA→A模式，Cr,Nii对氮的等效相互作用系数非定值，Cr，Ni元素对铸锭中氮含量的影响均存在三个特征阶段，且修正Cr，N元素对氮的相互作用系数，得到铸锭中氮含量预测公式。影响铸锭中氮含量的主要因素为钢液中氮溶解度、凝固模式和固相中Fe原子电离势。由于氮是奥氏体化元素且其在铁素体中溶解度较小，随着氮含量增加，铁素体数量减少，稳定性减弱，且在凝固的过程中易在铁素体处存在析出相，并且随碳含量的增加，析出相种类，形貌及析出机制存在较大差别。当碳含量由0.025wt%增加至0.16wt%时，析出相由此δ→γ2+Cr23C6→γ2+σ反应形成的棒状σ相转变为由此L→δ+Cr23C6反应形成的粗片层共晶组织。18Cr18Mn0.67N高氮奥氏体不锈钢析出的“鼻尖”温度为800℃，且在此温度进行预析出+固溶处理可细化晶粒，提高塑性不明显降低抗拉及屈服强度。