高Cr镍基合金脱氮反应热力学与动力学研究

Cr作为抗热腐蚀性元素铬在高温合金中广泛添加,因其可增大氮元素溶解度,故高铬合金的冶金脱氮难度较大。合金氮含量升高可引发氮化物析出进而影响材料组织质量与力学性能,因此,非常必要澄清高Cr合金的脱氮行为与规律。本文以高Cr镍基合金为实验对象,对其在真空感应熔炼脱氮过程的热力学与动力学进行研究。结果表明,氮在高Cr镍基合金中的热力学平衡溶解度较高且主要受真空压力控制,为实现[N]≤10 ppm的纯净度指标,合金冶炼真空压力不可高于0.1Pa。脱氮反应初期氮含量迅速下降,但反应中后期需较长时间才可接近氮平衡溶解度,提高精炼温度有助于缩短脱氮平衡反应时间。动力学分析表明高Cr镍基合金脱氮符合二级反应规律,受界面化学反应过程控制,1500℃、1550℃和1600℃条件下的脱氮表观速率常数分别为0.0184m?s-1、0.0233 m?s-1和0.0397 m?s-1,表观活化能为211.4 kJ?mol-1。