一(yi)、氮的固相溶(rong)解度模型
一般而言，不銹鋼熔體在凝固過程中首先生成δ-Fe相，而氮在δ-Fe中的溶解度遠低于在液相和奧氏體相中的溶解度（如圖2-42所示，容易使鋼中的氮析出并形成氮氣孔。因此，探究影響固相中氮溶解度的因素，并建立合理的固相溶解度模型，對高氮不銹鋼的成分設計和凝固過程的控制具有重要意義。
根據 Hillert和Staffansson的正規溶體模(mo)(mo)型(xing)，每個(ge)狀態（相(xiang)、間隙溶液和空位等）可(ke)由相(xiang)應(ying)的能量表示，可(ke)使(shi)用兩個(ge)晶格，分(fen)別當作(zuo)溶質原子和間隙溶質原子。因為(wei)大量的間隙位置不被占(zhan)用，這些空位則(ze)被視為(wei)額外的元素(su)（Va).基于此模(mo)(mo)型(xing)，可(ke)建立氮在固(gu)相(xiang)高氮不銹鋼體系中的溶解度模(mo)(mo)型(xing)，以(yi)預測氮在固(gu)相(xiang)中的平衡氮含(han)量或飽和滲氮量并分(fen)析其影響(xiang)因素(su)。
考慮到固態與熔(rong)體(ti)的(de)不同，以Fe-Cr-Mn-N合金體(ti)系為例，在固態合金中各元素(su)的(de)摩(mo)爾分(fen)數（xN、xi)可以轉(zhuan)化為相應(ying)的(de)位置分(fen)數（yN、yi):
由于固相體系中氮的溶解度與晶體結構、間隙原子晶格位置等密切相關，需要分別針對典型的γ、δ和α相區建立氮溶解度模型。
1. 氮(dan)在γ相中固相溶解(jie)度模(mo)型的建(jian)立(li)
對(dui)于Fe-Cr-Mn-N系合(he)金體(ti)系，在固態奧氏體(ti)（面心立方結構(gou)）相(xiang)區，氣相(xiang)和(he)奧氏體(ti)相(xiang)的平衡方程可表達為(wei)
2. 氮在δ相和α相中固相溶解度模型的建立
對于Fe-Cr-Mn-N系合金體系，在鐵素體相（體心立方結構）中，鐵晶格中每個填入間隙位(wei)置的(de)(de)氮(dan)原子都(dou)會阻(zu)礙該(gai)間隙位(wei)置的(de)(de)最近鄰的(de)(de)三個間隙位(wei)置被(bei)其他(ta)氮(dan)原子占據。因此(ci)，氣相與鐵素體相的(de)(de)平衡方程可表(biao)達(da)為下式：
3. 合金中奧氏體數量和液相線的確定(ding)
明確(que)合金(jin)凝固過程(cheng)的(de)相轉(zhuan)變，是通過模型(xing)計(ji)算(suan)氮固相溶解度的(de)一個重要(yao)基(ji)礎。其中，確(que)定鋼種的(de)液相線(xian)溫(wen)度TL和奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體與鐵(tie)素體的(de)數(shu)量或(huo)比例尤(you)為(wei)重要(yao)。近(jin)年來，研(yan)究人(ren)員利(li)用(yong)熱力(li)學(xue)數(shu)據計(ji)算(suan)了合金(jin)元素與相平衡(heng)的(de)關(guan)系(xi)，以鋼的(de)化(hua)學(xue)成分和熱處(chu)理(li)溫(wen)度作為(wei)計(ji)算(suan)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體數(shu)量的(de)基(ji)礎，根據SGTE熱力(li)學(xue)數(shu)據庫(ku)進行計(ji)算(suan)，得出奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體線(xian)性方程(cheng)式如下：
根據鋼的化(hua)學成分和(he)固(gu)溶溫(wen)度，按此方(fang)程(cheng)式即可計(ji)(ji)算出在(zai)不同溫(wen)度下的奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)數量(liang)，計(ji)(ji)算數據與實驗結果吻(wen)合(he)得很(hen)(hen)好(hao)。吳忠(zhong)忠(zhong)等利用(yong)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)線(xian)性方(fang)程(cheng)和(he)固(gu)溶實驗研究(jiu)了不同固(gu)溶溫(wen)度下各相的含(han)量(liang)，奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)線(xian)性方(fang)程(cheng)理(li)論計(ji)(ji)算的奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)數量(liang)與實驗值吻(wen)合(he)得很(hen)(hen)好(hao)，精確度很(hen)(hen)高。
利用固相(xiang)氮(dan)溶(rong)解度(du)模型(xing)，可(ke)以方便地計算(suan)(suan)出Fe-Cr-Mn-N系合金(jin)在各溫(wen)(wen)度(du)區(qu)間的(de)(de)(de)(de)氮(dan)溶(rong)解度(du)曲線(xian)。通過(guo)擬合前人(ren)的(de)(de)(de)(de)研究成果和奧氏體線(xian)性(xing)方程，可(ke)以確定固相(xiang)中鐵(tie)(tie)素(su)體含量(liang)為(wei)80%是鐵(tie)(tie)素(su)體和奧氏體的(de)(de)(de)(de)理論分(fen)界點，鐵(tie)(tie)素(su)體含量(liang)大于80%為(wei)鐵(tie)(tie)素(su)體區(qu)域，該分(fen)界點即為(wei)氮(dan)溶(rong)解度(du)曲線(xian)上鐵(tie)(tie)素(su)體全部轉變(bian)(bian)為(wei)奧氏體的(de)(de)(de)(de)拐點。根據鋼種的(de)(de)(de)(de)液相(xiang)線(xian)溫(wen)(wen)度(du)，可(ke)以方便地確定氮(dan)溶(rong)解度(du)曲線(xian)上由液相(xiang)轉變(bian)(bian)為(wei)鐵(tie)(tie)素(su)體的(de)(de)(de)(de)拐點溫(wen)(wen)度(du)。鋼種不同，液相(xiang)線(xian)溫(wen)(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)表達式也不盡相(xiang)同［54].在本(ben)研究中采用下式來計算(suan)(suan)鋼種的(de)(de)(de)(de)液相(xiang)線(xian)溫(wen)(wen)度(du)TL.
4. 氮的固相溶解度模(mo)型的驗證
利用前(qian)人(ren)實驗數據，驗證氮(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)固相(xiang)溶(rong)解(jie)度(du)模型(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)準(zhun)確性。李(li)光強(qiang)等對(dui)氮(dan)(dan)(dan)(dan)在合金體系中的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)度(du)進行了實驗研究(jiu)，直接(jie)用高(gao)純氮(dan)(dan)(dan)(dan)氣在1473K、0.1MPa下高(gao)溫電阻爐(lu)內(nei)進行滲(shen)氮(dan)(dan)(dan)(dan)實驗，爐(lu)管兩端封閉以形成穩定的(de)(de)(de)(de)氣氛。該研究(jiu)的(de)(de)(de)(de)實驗鋼種(zhong)成分(fen)和固相(xiang)滲(shen)氮(dan)(dan)(dan)(dan)后的(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)(dan)含量(liang)見(jian)表2-10。利用上述氮(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)解(jie)度(du)模型(xing)(xing)進行計(ji)算，其(qi)理論計(ji)算值與(yu)實驗值比較如圖2-43所(suo)示，氮(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)解(jie)度(du)的(de)(de)(de)(de)模型(xing)(xing)計(ji)算值與(yu)測量(liang)值吻合良好。
Kunze等對Fe17.26Cr6.42Mn和Fe20.53Cr11.63Mn合金體系在不同氮氣壓力(li)條(tiao)件下，進行了低溫奧氏(shi)體、高(gao)溫奧氏(shi)體和δ-Fe的固(gu)相滲(shen)氮實(shi)驗研究。本模(mo)型(xing)的計(ji)算(suan)結(jie)果(guo)與(yu)其(qi)實(shi)驗結(jie)果(guo)的對比見圖2-44和(he)圖2-45。從圖中(zhong)可以(yi)看到，實(shi)驗值與(yu)模(mo)型(xing)的計(ji)算(suan)值吻(wen)合得(de)很好，尤(you)其(qi)在δ-Fe相(xiang)吻合得更好。但對于(yu)(yu)Fe17.26 Cr6.42Mn合金體系在(zai)奧氏體相(xiang)中的實驗點偏離計算曲線較大，如圖2-44(a)所示。這可能是由于(yu)(yu)在(zai)建立模型的過(guo)程中忽略了δ-Fe相(xiang)和γ奧氏體兩相(xiang)共存階段溶解度的計算，導致模型的計算值與實驗值存在一(yi)定的偏差。
二、固相合金(jin)體系中氮(dan)溶解度模型的相關研究(jiu)
面(mian)心(xin)立方結構鐵(tie)中氮的(de)(de)濃度(du)可由奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)相與(yu)氮氣(qi)之間的(de)(de)平衡實驗得(de)到，目前多數實驗都在912~1394℃范圍內，當溫度(du)更高時，固體(ti)(ti)(ti)表(biao)面(mian)的(de)(de)氣(qi)體(ti)(ti)(ti)成(cheng)分具有(you)明顯的(de)(de)不確定性。Hillert和(he)Jarl、曲(qu)英和(he)Wada-Pehlk等分別給出了鐵(tie)中氮濃度(du)與(yu)溫度(du)和(he)氮氣(qi)壓(ya)力的(de)(de)關系式：
Tsuchiyama等將厚度為0.25~3.0mm的(de)Fe-Cr-Mn 系(xi)合金試(shi)樣置于0.1MPa的(de)氮(dan)(dan)氣氛中，在1473K溫度下滲(shen)氮(dan)(dan)。滲(shen)氮(dan)(dan)60min后，厚度為0.25mm的(de)Fe12.5Cr 合金試(shi)樣中滲(shen)氮(dan)(dan)反應(ying)達(da)到平(ping)(ping)(ping)衡，試(shi)樣的(de)平(ping)(ping)(ping)均氮(dan)(dan)含(han)量(liang)(liang)達(da)到了(le)0.30%,并(bing)且試(shi)樣的(de)平(ping)(ping)(ping)均氮(dan)(dan)含(han)量(liang)(liang)隨著(zhu)合金中鉻、錳元素含(han)量(liang)(liang)的(de)增(zeng)加而(er)逐(zhu)漸增(zeng)加，對于實驗(yan)(yan)Fe24.0Cr20.5Mn合金，滲(shen)氮(dan)(dan)反應(ying)平(ping)(ping)(ping)衡后試(shi)樣的(de)平(ping)(ping)(ping)均氮(dan)(dan)含(han)量(liang)(liang)達(da)到1.95%.此(ci)外(wai)，對固態滲(shen)氮(dan)(dan)時鋼(gang)(gang)中氮(dan)(dan)的(de)溶解(jie)度計(ji)算(suan)模型進(jin)行了(le)簡化，并(bing)通過固相滲(shen)氮(dan)(dan)實驗(yan)(yan)數據進(jin)行修正，給出(chu)了(le)1473K、0.1MPa氮(dan)(dan)氣壓力(li)下Fe-Cr-Mn系(xi)不(bu)銹鋼(gang)(gang)中氮(dan)(dan)溶解(jie)度的(de)近(jin)似表達(da)式：
在前人研究的基礎上，Kunze和Rothe[50]計算和推導(dao)了(le)氮(dan)(dan)在奧氏體Fe-Cr-Mn合金(jin)中的溶(rong)解度，氮(dan)(dan)的活度系(xi)數YN(以(yi)摩(mo)爾(er)分數表(biao)示）與溫度及氮(dan)(dan)在合金(jin)中的摩(mo)爾(er)分數xN存在如(ru)下關系(xi)：
表(biao)2-11給出了1000~1200℃范圍內，N與合金元素Cr、Mn的(de)活度相(xiang)互作用(yong)系數和溫(wen)度之(zhi)間(jian)的(de)關系。根據Wagner模型，超(chao)額吉布斯自由能可以(yi)用(yong)活度相(xiang)互作用(yong)系數表(biao)示為(wei)
三、固相(xiang)合金體系中(zhong)氮溶解度(du)的(de)影響因素
利(li)用已建立的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)在(zai)固(gu)相不銹鋼中(zhong)的(de)(de)溶解(jie)(jie)度(du)模型，可(ke)得出(chu)高氮(dan)(dan)(dan)不銹鋼在(zai)凝固(gu)過程中(zhong)隨溫(wen)度(du)變化(hua)時氮(dan)(dan)(dan)在(zai)不同相區的(de)(de)溶解(jie)(jie)度(du)變化(hua)曲(qu)線(xian)，以明晰氮(dan)(dan)(dan)氣分壓和鉻、錳等典(dian)型合金元素(su)對氮(dan)(dan)(dan)溶解(jie)(jie)的(de)(de)影響。
研究結果表明，在凝(ning)固(gu)(gu)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)受相(xiang)(xiang)轉(zhuan)變的(de)(de)影響明顯，在相(xiang)(xiang)變點處氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)會(hui)有突變。隨著鋼液(ye)(ye)(ye)溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)降低，氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)會(hui)逐(zhu)漸(jian)增(zeng)加；在凝(ning)固(gu)(gu)初期，δ相(xiang)(xiang)的(de)(de)產生導致氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)急劇降低；當鋼中(zhong)開(kai)始析(xi)出γ相(xiang)(xiang)時，氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)又會(hui)增(zeng)大，并且隨著γ相(xiang)(xiang)的(de)(de)增(zeng)多，氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)逐(zhu)漸(jian)增(zeng)大。固(gu)(gu)液(ye)(ye)(ye)兩相(xiang)(xiang)區氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)最小，在析(xi)出的(de)(de)高(gao)溫(wen)鐵(tie)素體(ti)與液(ye)(ye)(ye)相(xiang)(xiang)界面(mian)處最容易產生氮(dan)(dan)(dan)氣泡。在實(shi)際(ji)冶煉過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)，8相(xiang)(xiang)區的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)決定了(le)在凝(ning)固(gu)(gu)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)是否產生氮(dan)(dan)(dan)氣孔(kong)。
1. 氮(dan)氣壓力對合(he)金體系氮(dan)溶(rong)解度的影響
我們利用建立的(de)氮(dan)(dan)在不(bu)銹鋼(gang)熔(rong)體(ti)中(zhong)及氮(dan)(dan)在γ相(xiang)(xiang)(xiang)、δ相(xiang)(xiang)(xiang)和α相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)溶解(jie)度模型(xing)，對(dui)Fe-18Cr-18Mn合金體(ti)系(xi)在不(bu)同氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)（0.02MPa、0.1MPa和0.6MPa)條件下，氮(dan)(dan)在該合金體(ti)系(xi)不(bu)同相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)溶解(jie)度進(jin)行了計算，結(jie)果如(ru)圖2-46所(suo)示。隨著體(ti)系(xi)氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)的(de)增(zeng)加(jia)，δ-Fe相(xiang)(xiang)(xiang)區逐漸減小，當氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)增(zeng)至0.6MPa時，8-Fe相(xiang)(xiang)(xiang)完全消失，凝固過程中(zhong)氮(dan)(dan)直(zhi)接由液相(xiang)(xiang)(xiang)進(jin)入γ奧氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)區。提(ti)高(gao)(gao)(gao)體(ti)系(xi)氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)不(bu)僅可以提(ti)高(gao)(gao)(gao)各相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)氮(dan)(dan)的(de)溶解(jie)度，還可以減小δ-Fe區域，有效地抑制凝固過程中(zhong)氮(dan)(dan)的(de)析出。目前，常見的(de)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)鋼(gang)制備工藝基本上都(dou)是采用增(zeng)加(jia)氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)，如(ru)高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)氣(qi)(qi)氛(fen)下的(de)感應熔(rong)煉、高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)氣(qi)(qi)氛(fen)下的(de)電渣(zha)重(zhong)熔(rong)、高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)電弧爐熔(rong)煉等。
2. 合(he)金(jin)成分對合(he)金(jin)體系氮(dan)溶(rong)解度的影響
研(yan)究表(biao)明，Cr、Mn等(deng)常用合金(jin)元(yuan)素均能(neng)增(zeng)大氮(dan)(dan)的(de)(de)固(gu)(gu)相溶解(jie)(jie)度(du)。為了探究合金(jin)元(yuan)素含量(liang)(liang)(liang)(liang)對氮(dan)(dan)固(gu)(gu)相溶解(jie)(jie)度(du)的(de)(de)影響規律，Tsuchiyama等(deng)基于(yu)實驗繪(hui)制了1473K、0.1MPa氮(dan)(dan)氣(qi)壓力下(xia)Fe-Cr和Fe-Mn二元(yuan)合金(jin)的(de)(de)平衡(heng)(heng)氮(dan)(dan)含量(liang)(liang)(liang)(liang)與Cr或(huo)Mn含量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)關(guan)系(xi)［圖2-47(a)].結果(guo)表(biao)明，提高兩種元(yuan)素的(de)(de)含量(liang)(liang)(liang)(liang)都增(zeng)加(jia)了氮(dan)(dan)的(de)(de)溶解(jie)(jie)度(du)，其中Cr元(yuan)素較Mn元(yuan)素更能(neng)有效(xiao)地增(zeng)加(jia)鋼中氮(dan)(dan)的(de)(de)溶解(jie)(jie)度(du)。例如，添加(jia)23%Cr可增(zeng)加(jia)平衡(heng)(heng)氮(dan)(dan)含量(liang)(liang)(liang)(liang)至超高氮(dan)(dan)（1%N)的(de)(de)水平，而添加(jia)25%Mn時(shi)平衡(heng)(heng)氮(dan)(dan)含量(liang)(liang)(liang)(liang)也(ye)僅能(neng)達到0.15%。圖2-47(b)所示的(de)(de)等(deng)氮(dan)(dan)含量(liang)(liang)(liang)(liang)圖也(ye)證實了這一(yi)點，達到相同(tong)的(de)(de)氮(dan)(dan)固(gu)(gu)相溶解(jie)(jie)度(du)所需的(de)(de)Cr含量(liang)(liang)(liang)(liang)明顯低(di)于(yu)Mn含量(liang)(liang)(liang)(liang)。
即便如此(ci)，Mn也是(shi)高氮(dan)(dan)(dan)(dan)鋼(gang)中一(yi)(yi)種重(zhong)要的(de)(de)合(he)金元(yuan)素，因此(ci)，Cr和(he)(he)Mn同(tong)時(shi)添加(jia)對平衡氮(dan)(dan)(dan)(dan)含量(liang)的(de)(de)影響也是(shi)研究的(de)(de)重(zhong)點之(zhi)一(yi)(yi)。圖2-47(a)進一(yi)(yi)步(bu)出了Fe-20Mn-Cr三元(yuan)基合(he)金中的(de)(de)平衡氮(dan)(dan)(dan)(dan)含量(liang)與Cr含量(liang)的(de)(de)關系(xi)。值得注意的(de)(de)是(shi)，在Fe-20Mn-Cr合(he)金中實驗測量(liang)的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)(dan)含量(liang)，遠高于Fe-20Mn與Fe-Cr系(xi)氮(dan)(dan)(dan)(dan)溶解(jie)度(du)(du)(du)的(de)(de)加(jia)和(he)(he)。這意味著Cr和(he)(he)Mn的(de)(de)協同(tong)作用(yong)顯著提高了鋼(gang)中氮(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)溶解(jie)度(du)(du)(du)。這反(fan)映(ying)了Cr、Mn和(he)(he)N這三種元(yuan)素之(zhi)間(jian)存在相互(hu)作用(yong)，具體表(biao)現(xian)為溶解(jie)度(du)(du)(du)表(biao)達(da)式中Cr、Mn元(yuan)素對N的(de)(de)二階(jie)交叉活度(du)(du)(du)相互(hu)作用(yong)系(xi)數較大(da)。
除了(le)合金元素(su)(su)含量對氮溶解度(du)(du)高低的影(ying)響，不銹鋼中(zhong)(zhong)不同(tong)合金元素(su)(su)對凝固(gu)過程中(zhong)(zhong)不同(tong)相區氮溶解度(du)(du)的變化也(ye)具(ju)有顯著的影(ying)響，一(yi)般可分為(wei)兩(liang)大類進行(xing)討論，即鐵(tie)素(su)(su)體(ti)形成元素(su)(su)（Cr、Mo和(he)(he)Si等(deng)）和(he)(he)奧氏體(ti)形成元素(su)(su)（Ni、Mn、C和(he)(he)N等(deng)）。
在0.1MPa下(xia)幾種Fe-Cr合(he)金(jin)中(zhong)氮(dan)溶解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)隨(sui)(sui)著溫度(du)(du)變(bian)化(hua)的(de)(de)(de)規律如圖2-42所(suo)示。存在如下(xia)特(te)點(dian)：隨(sui)(sui)著凝(ning)固(gu)的(de)(de)(de)進(jin)行，氮(dan)溶解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)在8-Fe 區(qu)域出現突降，到奧氏體(ti)區(qu)域氮(dan)含量(liang)(liang)又急劇增加(jia)。隨(sui)(sui)著合(he)金(jin)中(zhong)Cr含量(liang)(liang)的(de)(de)(de)增加(jia)，氮(dan)溶解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)快速(su)上(shang)升(sheng)(sheng)，但在各溫度(du)(du)范圍中(zhong)的(de)(de)(de)上(shang)升(sheng)(sheng)幅(fu)(fu)度(du)(du)不同(tong)，尤(you)其在奧氏體(ti)區(qu)的(de)(de)(de)升(sheng)(sheng)幅(fu)(fu)特(te)別大。當Cr含量(liang)(liang)高于(yu)8.1%時，奧氏體(ti)區(qu)的(de)(de)(de)氮(dan)溶解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)已明顯(xian)大于(yu)相應液(ye)相中(zhong)氮(dan)的(de)(de)(de)溶解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)。同(tong)時，隨(sui)(sui)著Cr含量(liang)(liang)的(de)(de)(de)提高，凝(ning)固(gu)過程中(zhong)8-Fe區(qu)域也逐漸增大。
相(xiang)(xiang)反地，鋼中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)奧氏體(ti)形成(cheng)元素(su)，可(ke)使凝(ning)固(gu)(gu)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong) δ-Fe 區域逐漸減(jian)小(xiao)。圖(tu)(tu)2-48(a)為不同(tong)Mn含(han)量鋼（合(he)金(jin)成(cheng)分見表2-12)中(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)隨(sui)溫度(du)(du)變化的(de)(de)(de)曲線。結(jie)(jie)果表明：隨(sui)著Mn含(han)量的(de)(de)(de)提(ti)(ti)高，在(zai)液相(xiang)(xiang)與固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)也會隨(sui)之(zhi)增大；Mn是強奧氏體(ti)形成(cheng)元素(su)，隨(sui)著Mn含(han)量的(de)(de)(de)提(ti)(ti)高，凝(ning)固(gu)(gu)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)8相(xiang)(xiang)區逐漸減(jian)小(xiao)，甚(shen)至(zhi)可(ke)能消(xiao)失。從圖(tu)(tu)中(zhong)(zhong)8.0%Mn鋼的(de)(de)(de)氮(dan)(dan)溶(rong)解(jie)度(du)(du)計(ji)(ji)算(suan)結(jie)(jie)果可(ke)以(yi)(yi)看(kan)出(chu)(chu)，在(zai)凝(ning)固(gu)(gu)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)未出(chu)(chu)現(xian)8相(xiang)(xiang)區。同(tong)時，利用(yong)建立(li)的(de)(de)(de)固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)氮(dan)(dan)溶(rong)解(jie)度(du)(du)模型對(dui)Fe-4Cr-16Mn合(he)金(jin)進行了計(ji)(ji)算(suan)，結(jie)(jie)果如圖(tu)(tu)2-48(b)所示。從圖(tu)(tu)中(zhong)(zhong)可(ke)以(yi)(yi)看(kan)出(chu)(chu)，在(zai)Fe-4Cr-16Mn合(he)金(jin)體(ti)系從液相(xiang)(xiang)凝(ning)固(gu)(gu)的(de)(de)(de)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)也沒(mei)有出(chu)(chu)現(xian)δ-Fe相(xiang)(xiang)區，與文獻中(zhong)(zhong)報道一致。因此，適(shi)當提(ti)(ti)高合(he)金(jin)體(ti)系中(zhong)(zhong)奧氏體(ti)形成(cheng)元素(su)的(de)(de)(de)含(han)量，有助于減(jian)少氮(dan)(dan)在(zai)其凝(ning)固(gu)(gu)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)析出(chu)(chu)趨(qu)勢，從而有效(xiao)避免高氮(dan)(dan)鋼在(zai)凝(ning)固(gu)(gu)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)氣孔的(de)(de)(de)形成(cheng)。
