奥氏体不锈钢中氮溶解度的热力学计算和实验研究

采用热力学分析方法,对固态不锈钢304、304L、301S和301L(γ-相)以及奥氏体不锈钢熔体中氮溶解度进行了计算,得出了氮溶解度的计算模型;同时通过1 kg MoSi电阻炉对4种奥氏体不锈钢在1520～1580℃和33～100 kPa压力下的渗氮行为进行了实验研究。结果表明,氮在固态奥氏体不锈钢的γ-相中的溶解度最高;在常压冷却、凝固过程中存在的液相、δ-相至γ-相的转变;当不锈钢熔体中相对于δ-相过饱和的氮在钢中以气泡形式析出,则降低了奥氏体钢的氮含量,所以采用常压快速冷却或加压浇注有利于冶炼高氮奥氏体不锈钢。     

高氮钢的基础研究及应用进展

介绍了高氮钢结构特点的最新研究,高氮钢平衡相图的进展及其在高氮钢成分设计方面的应用;概括了氮在钢液中的溶解度公式和高氮钢熔炼过程中的关键问题;分析了氮在奥氏体钢、铁素体钢和双相不锈钢中的作用,即氮在不牺牲强度的同时不仅提高了钢的韧性,且改善了钢的抗腐蚀性能;并列举了一些典型的高氮钢的用途。     

氮在钢中的溶解与去除

氮作为合金元素使用，它在钢种中的含量受钢中其它合金元素种类及含量的影响。在钢液中，它的溶解度是随温度升高而升高的，而溶剂发生改变时，又有所变化，对此种情况本文从理论上进行了分析和解释。因此，对于氮的回收与去除，在冶炼时要考虑氮在钢中最大溶解度与实际含量之间的差距。去除氮时还多了一条路就是可以采用除氮化物“夹杂”的方法。因此，建议在选择操作方法时，应考虑氮在钢中的溶解与去除。     

Fe-C合金熔体中氮的溶解行为研究

介绍了钢液中氮溶解行为的传统研究方法和新的氮同位素交换技术。基于后者重新设计了实验装置,推导出了Fe-C体系中氮的溶解度计算公式。对该体系氮溶解过程中氮分压、温度、吹氮速率和碳含量的影响进行了热力学和动力学的分析。研究结果认为,氮分压的增大、温度的升高、吹氮速率的提高以及碳含量的降低都能提高氮的溶解速率,促进氮的溶解。     

氮对304奥氏体不锈钢组织和力学性能的影响

在０Ｃｒ１８Ｎｉ９奥氏体不锈钢成分基础上，加入一定的氮，并使钢中的镍含量控制在标准下限含量的条件下，研究了氮对组织和力学性能的影响。结果表明：加氮后钢的强度提高，奥氏体稳定不变，固溶态组织不变，而敏化后晶界析出物类型有所不同。     

氮在6Cr21Mn10MoVNbN气阀钢熔体中的热力学分析

采用当量法对高氮钢钢液中的氮含量进行了推导,并用304不锈钢和316不锈钢的有关试验数据进行了验证,确定当量法可以进行高氮钢液氮溶解度的估算。随着合金含量的提高,氮在钢液中的溶解度会逐渐偏离Sieverts定律。通过热力学分析,得出了6Cr21Mn10MoVNbN气阀钢钢液中氮溶解度的估算公式。     

Cr12N高氮钢冶炼过程中氮的控制

在高温高压反应釜内冶炼Cr12N高氮钢,通过试验发现,在Cr12N的熔炼过程中,随着压力的提高,钢中的氮含量不断增加,钢锭中得到的固相中氮的饱和溶解度和Chipman等人的热力学模型计算得到的氮的饱和溶解度有一定的偏差,为了修正这个偏差,引进了Burton-Prim-Slichter方程,修正后得到液相中氮的饱和溶解度的修正值和计算值吻合得很好。计算了在Cr12N的冶炼过程中,防止气泡析出所需要的最小凝固压力为2.84 MPa,通过试验发现,在高的凝固压力下,钢锭的致密性和缩孔现象得到明显改善。     

高氮钢制备及焊接过程中氮的溶解与释放

综述了高氮钢制备及焊接过程中氮的溶解与释放规律;论讨了不同制备及焊接工艺下钢中氮溶解度的计算公式、适用条件及影响因素等;指出大气压力下的GTA焊接过程是一个非平衡过程,焊缝处的氮含量与保护气体中的氮分压之间不满足Sievert定律,焊缝处的氮含量主要取决于钢中平衡氮含量和Cr的含量;选择GTA焊接时,在较低的氮分压下,便可对焊缝氮含量进行控制,但由于氮的吸收和释放较快,采用GTA焊接时焊缝氮含量不能精确控制;采用（CO2,YAG）激光焊接时需要考虑焊缝氮的释放;氮质量分数大于1．0％的高氮钢焊接方法亟待开发．     

高氮Fe-Cr-Mn-Ni系奥氏体不锈钢的加压感应熔炼

采用MgO坩埚高频真空感应炉在氮气压力0.45~1.0MPa、温度1640~1700℃下,对加压感应熔炼高氮Fe-Cr-Mn-Ni系奥氏体不锈钢进行了实验研究。结果表明,1913K、1.0MPa氮气氛中Cr12、Cr17Mn5Ni5、Cr19Mn15和Cr20Mn8不锈钢中氮的溶解度分别为0.391%、0.692%、1.120%和0.899%,氮在液态不锈钢中的溶解与Sievert定律有所偏离;氧浓度在350×10^-6内,1913K、1.0MPa氮气氛中Cr20Mn8钢液的吸氮反应仍为一级反应,其传质系数为0.023cm·s^-1;随钢中氧浓度的增加,液态钢的吸氮速率和钢液中的平衡氮含量显著降低。     

转炉冶炼ER70S-6钢种氮含量控制实践

针对ER70S-6焊丝钢中氮含量高严重影响焊丝的拉拔速度,易出现断丝现象,不能满足用户需求,为了降低钢中的氮含量,对转炉炼钢工艺过程进行了系统的研究,探讨影响钢中氮含量的因素和控制措施。文章通过热力学分析氮在钢中的溶解机理,通过动力学分析研究了氮脱除的限制性环节,基于热力学和动力学分析,研究了炼钢工艺过程中入炉铁水硫含量、转炉顶渣料、转炉点吹次数、转炉出钢口维护对氮含量的影响及相应控氮措施。     

氮基气氛中材料的脱硫与氮吸收

介绍了烧结铁基零件的硫损量和硬度、尺寸变化等与氮基烧结气氛成分、压坯含硫量等因素的关系,并比较了以硫或者MnS作为添加剂对增脱硫量及烧结件性能的影响,还介绍了烧结气氛中氮含量对烧结Fe-C材料的物理性能、烧结铁材料的磁性能和烧结不锈钢材料的耐腐蚀性能的影响,以及不锈钢烧结材和冶炼钢锻材在氮吸收上的重要差别。     

氮在非调质钢中的作用

了氮在非调质钢中所起的有益作用。在Ｎｂ,Ｖ,Ｔｉ三咱微合金化元素中,钒有较高的溶解度,钒有较高的溶解度,是非调质钢最常用也是最有效的强化元素。钒在钢中通过形成细小析出相起细化晶粒和沉淀强化作用。与碳相比,氮与钒有更强的亲和力,且氮化物更稳定,因此,氮对控制钒的析出起更重要的作用。大量研究结果表明,非调质钢中增氮改变了钒在相间的分布,促进Ｖ（Ｃ,Ｎ）析出,使析出相的颗粒尺寸明显减小。因而氮增强了非调     

含氮较高的18CrMnB渗碳硼钢研究

研究了酸溶铝和微量钛氮含量较高的１８ＣｒＭｎＢ钢奥氏体晶粒长大倾向、淬透性和力学性能的影响，加热温度对固溶硼含量的影响和冷却速度对钢中硼分布的影响，探讨了此类钢固定氮的必要性，并确定了固定氮方案。     

合金元素对高氮不锈轴承钢组织与性能的影响

采用金相、扫描、X射线衍射和电化学等方法研究了合金元素对高氮不锈轴承钢组织性能的影响.结果表明:钢中加氮细化组织与碳化物,析出相尺寸随着氮含量的增加而降低.高氮不锈轴承钢1030、1050℃淬火后残余奥氏体体积分数达到20％～35％,而且碳氮含量越高,残余奥氏体越多.经冷处理及回火后残余奥氏体体积分数降至7％～10.3...     

高氮不锈钢固溶时效碳氮化物析出相分析

采用物理化学相分析方法研究了高氮奥氏体不锈钢固溶时效后的碳、氮化物析出行为;通过实验确定了高氮钢中析出相的电化学萃取方法,钢中析出相的类型、粒度分布、含量及组成结构式;对于化学性质相似的M₂₃C₆和(CrFe)₂N_1-x,借助于X射线衍射定量的方法测定了M₂₃C₆和(CrFe)₂N_1-x的分量。研究结果表明,氮含量低的0#钢以M₂₃C₆型碳化物析出为主,随时效时间的延长,伴随M₂₃C₆的析出还有少量(CrFe)₂N_1-x 氮化物析出。氮含量高的1#和2#钢以(CrFe)₂N_1-x型氮化物析出为主。高氮奥氏体不锈钢中析出物的总量随时效时间的延长而增加。     

硅氮合金产品的开发生产与应用

硅氮合金广泛应用于工程建设、机械制造与汽车行业用钢的冶炼生产中。用硅元素作载体,将富氧元素带入钢中,既提高了钢材的强度性能,又节约了稀有的铌、钒、钛等贵金属资源。对硅氮合金产品的开发,无需改变现有的生产工艺,即可生产出高强钢材,同时大幅度降低生产成本。     

氮在非调质钢中的作用

介绍了氮在非调质钢中的有益作用。非调质钢中增氮,改变了钒在相间的分布,促进Ｖ（Ｃ,Ｎ）析出,使析出相的颗粒尺寸明显减小,从而增强了钒的沉淀强化作用、大幅度提高钢的强度。氮通过促进Ｖ（Ｃ〉Ｎ）析出,有效地钉扎奥氏体－－铁素体昌细化了铁素体晶粒。增氮还可促进晶内铁素体的形成,进一步细化了铁素体组织。对微钛处理非调质钢,增氮提高了ＴｉＮ颗粒的稳定性,更有效地阻止奥氏体晶粒长大,充分利用廉价的氮元素,在保     

Dissolution and precipitation of excess phases and the nitrogen distribution between a solid solution and nitrides in a corrosion-resistant steel

The dissolution and precipitation of nitrides are experimentally studied during the solidification and heat treatment of high-nitrogen austenitic steels. The majority of nitrogen is found to be in nitrides even upon rapid solidification, and the dissolution of these nitrides requires high temperatures and long-term holding. The nitrogen content has to be optimized according to the required steel structure, namely, austenite or austenite + excess phases. A high nitrogen content in a steel is not always effective to provide its high strength.     

碳氮化钒在奥氏体中析出的动力学模型

 采用应力松弛方法研究了钒氮微合金钢中V(C,N)在奥氏体区的等温析出行为,证实了动力学计算模型的模拟结果。结果表明,试验钢的析出 温度 时间(PTT)曲线呈典型的“C”形,本试验条件下析出开始时间最短的“鼻子”温度为850 ℃左右,与模型计算得到的820 ℃相差很小。钢中氮含量对PTT曲线形状有较大影响,随着氮含量的增加C曲线向左移动,这与模型计算结果非常吻合。     

锆含量对高强韧Ti-Zr微合金化钢奥氏体组织的影响

为了满足各行业对钢铁材料提出的更高强度、更好韧性的要求,在钢中加入适量的微合金化元素并结合合理的控扎控冷工艺,有利于在高温轧制阶段获得细小均匀的奥氏体再结晶晶粒,这是提高钢材强度及韧性的有效途径之一。通过Gleeble-3800型热模拟试验机,对两种不同锆含量的低碳微合金Ti-Zr钢进行多道次压缩变形试验,模拟实际轧制情况,研究试验钢在不同锆含量和不同变形方式(等温变形和变温变形)下的热变形行为,并结合组织观察分析讨论了锆含量和变形条件对试验钢奥氏体组织细化行为和析出行为的影响。结果表明,变形温度的升高可以降低高锆钢各道次的流变应力。变温变形条件下,锆含量的升高会提高试验钢各道次的流变应力;奥氏体再结晶晶粒会随着锆含量的升高和变形温度的降低而发生细化,采用变温变形方式比等温变形方式更有利于得到细小的奥氏体晶粒,高锆钢在1 050℃→1 25℃→1 000℃变温变形后得到了最小的奥氏体平均晶粒尺寸(为8.2μm);锆含量升高会提高试验钢中析出相的数量,变形方式对析出相数量的影响不大,变形温度的升高会使析出相发生粗化。锆含量增加所导致的形变诱导析出相的增多,以及变温变形过程中温度的降低,起...