一、氮的固相溶解度模型
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(de)正規溶體(ti)模(mo)型，每個狀(zhuang)態（相(xiang)、間(jian)隙溶液和空位(wei)(wei)等）可由相(xiang)應的(de)能量(liang)(liang)表示，可使(shi)用兩個晶格(ge)，分別當作溶質原(yuan)子(zi)和間(jian)隙溶質原(yuan)子(zi)。因為(wei)大(da)量(liang)(liang)的(de)間(jian)隙位(wei)(wei)置(zhi)不(bu)被占用，這些空位(wei)(wei)則被視為(wei)額(e)外的(de)元素（Va).基于此模(mo)型，可建(jian)立(li)氮(dan)在固(gu)相(xiang)高氮(dan)不(bu)銹鋼體(ti)系中的(de)溶解度模(mo)型，以(yi)預(yu)測氮(dan)在固(gu)相(xiang)中的(de)平衡氮(dan)含量(liang)(liang)或(huo)飽和滲氮(dan)量(liang)(liang)并分析其影響因素。
考(kao)慮到固(gu)態(tai)與(yu)熔(rong)體的不同，以Fe-Cr-Mn-N合(he)金體系為(wei)例，在固(gu)態(tai)合(he)金中(zhong)各元(yuan)素的摩爾分數(shu)（xN、xi)可以轉化為(wei)相應的位置分數(shu)（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. 氮在γ相(xiang)中固相(xiang)溶解度模型的建立
對于(yu)Fe-Cr-Mn-N系合金體(ti)系，在固(gu)態奧氏體(ti)（面心立方結構）相(xiang)區，氣相(xiang)和(he)奧氏體(ti)相(xiang)的平衡方程(cheng)可表達為
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(xi)合金體(ti)系(xi)，在鐵素體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)（體(ti)心立方(fang)結構）中，鐵晶格中每個填入間(jian)(jian)隙(xi)位置的(de)(de)氮(dan)(dan)原子都會(hui)阻礙該間(jian)(jian)隙(xi)位置的(de)(de)最近鄰的(de)(de)三個間(jian)(jian)隙(xi)位置被其他氮(dan)(dan)原子占(zhan)據。因此，氣相(xiang)(xiang)(xiang)與鐵素體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)平衡方(fang)程可表達為下式：
3. 合金中奧氏體數量和液(ye)相線的(de)確定
明確合(he)金(jin)凝(ning)固過程的(de)(de)相(xiang)轉變，是通過模型計(ji)(ji)算(suan)(suan)氮固相(xiang)溶解度的(de)(de)一個重(zhong)要(yao)基礎(chu)。其中(zhong)，確定鋼(gang)種的(de)(de)液(ye)相(xiang)線溫度TL和(he)奧(ao)氏(shi)體與鐵素體的(de)(de)數量或比(bi)例尤為(wei)重(zhong)要(yao)。近年來，研究人員(yuan)利(li)用熱力(li)學(xue)(xue)數據計(ji)(ji)算(suan)(suan)了合(he)金(jin)元素與相(xiang)平衡的(de)(de)關系，以鋼(gang)的(de)(de)化學(xue)(xue)成分和(he)熱處理溫度作為(wei)計(ji)(ji)算(suan)(suan)奧(ao)氏(shi)體數量的(de)(de)基礎(chu)，根據SGTE熱力(li)學(xue)(xue)數據庫(ku)進行計(ji)(ji)算(suan)(suan)，得出奧(ao)氏(shi)體線性方程式如下：
根據(ju)鋼的(de)化學成分和(he)固(gu)溶溫度(du)，按此方程式即可(ke)計算(suan)出在不同(tong)溫度(du)下(xia)的(de)奧氏體數量(liang)(liang)，計算(suan)數據(ju)與實驗結果吻合得(de)很好(hao)。吳忠(zhong)忠(zhong)等利用奧氏體線(xian)性方程和(he)固(gu)溶實驗研(yan)究了不同(tong)固(gu)溶溫度(du)下(xia)各相的(de)含(han)量(liang)(liang)，奧氏體線(xian)性方程理論(lun)計算(suan)的(de)奧氏體數量(liang)(liang)與實驗值吻合得(de)很好(hao)，精(jing)確度(du)很高(gao)。
利(li)用(yong)固(gu)相(xiang)氮溶解度(du)(du)(du)模(mo)型，可以(yi)(yi)方便地(di)計(ji)算出Fe-Cr-Mn-N系合金在各溫度(du)(du)(du)區間的(de)(de)氮溶解度(du)(du)(du)曲線(xian)。通過擬合前人的(de)(de)研究成果和(he)(he)奧氏(shi)體(ti)(ti)線(xian)性方程，可以(yi)(yi)確定固(gu)相(xiang)中(zhong)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)含量為80%是鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)和(he)(he)奧氏(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)理論分界點，鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)含量大于80%為鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)區域，該分界點即(ji)為氮溶解度(du)(du)(du)曲線(xian)上(shang)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)全部轉變(bian)為奧氏(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)拐點。根(gen)據鋼(gang)種(zhong)的(de)(de)液相(xiang)線(xian)溫度(du)(du)(du)，可以(yi)(yi)方便地(di)確定氮溶解度(du)(du)(du)曲線(xian)上(shang)由液相(xiang)轉變(bian)為鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)的(de)(de)拐點溫度(du)(du)(du)。鋼(gang)種(zhong)不(bu)(bu)同，液相(xiang)線(xian)溫度(du)(du)(du)的(de)(de)表達式(shi)也不(bu)(bu)盡(jin)相(xiang)同［54].在本研究中(zhong)采用(yong)下(xia)式(shi)來(lai)計(ji)算鋼(gang)種(zhong)的(de)(de)液相(xiang)線(xian)溫度(du)(du)(du)TL.
4. 氮的固相溶解度(du)模型的驗證
利(li)用前人(ren)實(shi)驗數據，驗證氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)固相溶(rong)解(jie)(jie)度模(mo)型(xing)的(de)(de)準確性。李光強等對氮(dan)(dan)(dan)在合金體系中(zhong)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)度進(jin)(jin)行了實(shi)驗研究，直接用高(gao)純氮(dan)(dan)(dan)氣在1473K、0.1MPa下高(gao)溫電阻爐(lu)內進(jin)(jin)行滲(shen)氮(dan)(dan)(dan)實(shi)驗，爐(lu)管兩(liang)端封閉以(yi)形(xing)成穩(wen)定的(de)(de)氣氛。該(gai)研究的(de)(de)實(shi)驗鋼(gang)種成分和固相滲(shen)氮(dan)(dan)(dan)后的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)含(han)量見表2-10。利(li)用上述(shu)氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)解(jie)(jie)度模(mo)型(xing)進(jin)(jin)行計(ji)算(suan)(suan)，其理(li)論計(ji)算(suan)(suan)值(zhi)與(yu)實(shi)驗值(zhi)比較如圖2-43所示，氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)解(jie)(jie)度的(de)(de)模(mo)型(xing)計(ji)算(suan)(suan)值(zhi)與(yu)測量值(zhi)吻合良好(hao)。
Kunze等對(dui)Fe17.26Cr6.42Mn和Fe20.53Cr11.63Mn合(he)金(jin)體(ti)系在不同氮氣壓(ya)力條件下，進行了低(di)溫(wen)奧氏體(ti)、高溫(wen)奧氏體(ti)和δ-Fe的(de)固(gu)相滲氮實驗研究。本(ben)模(mo)型(xing)的(de)計算(suan)結果(guo)(guo)與其實驗結果(guo)(guo)的(de)對(dui)比見圖(tu)2-44和圖(tu)2-45。從(cong)圖(tu)中可以看到，實驗值(zhi)與模(mo)型(xing)的(de)計算(suan)值(zhi)吻(wen)合得很(hen)好，尤其在(zai)δ-Fe相(xiang)吻(wen)合(he)(he)得更好。但對(dui)于(yu)Fe17.26 Cr6.42Mn合(he)(he)金體系在(zai)奧氏體相(xiang)中的實驗點偏離(li)計算曲(qu)線(xian)較大，如圖2-44(a)所示。這可能是由于(yu)在(zai)建立(li)模型的過(guo)程中忽略了(le)δ-Fe相和γ奧氏體兩相共存階段溶解度(du)的計算(suan)，導致(zhi)模型的計算(suan)值與實驗值存在一定(ding)的偏差。
二、固相合金(jin)體系中氮溶解度模型的(de)相關研(yan)究
面(mian)心立方結構(gou)鐵中氮的(de)濃度可由奧氏體(ti)相與(yu)(yu)氮氣(qi)之間的(de)平衡實(shi)(shi)驗得到，目(mu)前多(duo)數實(shi)(shi)驗都(dou)在912~1394℃范(fan)圍內，當(dang)溫(wen)(wen)度更高(gao)時，固體(ti)表面(mian)的(de)氣(qi)體(ti)成分具有明顯的(de)不確定(ding)性。Hillert和Jarl、曲英和Wada-Pehlk等分別給出了鐵中氮濃度與(yu)(yu)溫(wen)(wen)度和氮氣(qi)壓力的(de)關系(xi)式(shi)：
Tsuchiyama等將厚度為(wei)0.25~3.0mm的(de)(de)(de)(de)Fe-Cr-Mn 系合(he)金試(shi)樣(yang)(yang)置于(yu)0.1MPa的(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)氣(qi)氛中(zhong)(zhong)，在1473K溫度下(xia)(xia)滲氮(dan)(dan)。滲氮(dan)(dan)60min后，厚度為(wei)0.25mm的(de)(de)(de)(de)Fe12.5Cr 合(he)金試(shi)樣(yang)(yang)中(zhong)(zhong)滲氮(dan)(dan)反(fan)(fan)應達到平(ping)衡(heng)，試(shi)樣(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)平(ping)均氮(dan)(dan)含量(liang)達到了0.30%,并(bing)且試(shi)樣(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)平(ping)均氮(dan)(dan)含量(liang)隨著(zhu)合(he)金中(zhong)(zhong)鉻、錳(meng)元素含量(liang)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)(jia)而逐漸增(zeng)加(jia)(jia)，對(dui)于(yu)實驗Fe24.0Cr20.5Mn合(he)金，滲氮(dan)(dan)反(fan)(fan)應平(ping)衡(heng)后試(shi)樣(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)平(ping)均氮(dan)(dan)含量(liang)達到1.95%.此外(wai)，對(dui)固態滲氮(dan)(dan)時(shi)鋼中(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解度計(ji)算模型進行了簡化，并(bing)通過固相滲氮(dan)(dan)實驗數據進行修正，給出了1473K、0.1MPa氮(dan)(dan)氣(qi)壓力下(xia)(xia)Fe-Cr-Mn系不銹鋼中(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)溶(rong)解度的(de)(de)(de)(de)近似表達式：
在前(qian)人研究的(de)(de)基礎上，Kunze和(he)(he)Rothe[50]計算和(he)(he)推導了氮在奧氏體Fe-Cr-Mn合金中的(de)(de)溶解度，氮的(de)(de)活度系數(shu)YN(以摩爾分數(shu)表示(shi)）與溫度及氮在合金中的(de)(de)摩爾分數(shu)xN存在如(ru)下關系：
表2-11給出了1000~1200℃范(fan)圍內，N與合(he)金(jin)元(yuan)素Cr、Mn的(de)活度(du)(du)相(xiang)互(hu)作用系(xi)數(shu)和溫度(du)(du)之間(jian)的(de)關系(xi)。根據(ju)Wagner模型，超額吉布斯自由(you)能可以用活度(du)(du)相(xiang)互(hu)作用系(xi)數(shu)表示(shi)為(wei)
三、固相合金(jin)體系中氮溶解度的影響因素
利用已(yi)建立的(de)氮(dan)在(zai)固相不銹(xiu)鋼中的(de)溶(rong)解度(du)模型(xing)(xing)，可(ke)得出高氮(dan)不銹(xiu)鋼在(zai)凝(ning)固過(guo)程中隨溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)時氮(dan)在(zai)不同相區的(de)溶(rong)解度(du)變(bian)化(hua)曲線，以明晰氮(dan)氣分(fen)壓和鉻、錳等典(dian)型(xing)(xing)合(he)金(jin)元素對氮(dan)溶(rong)解的(de)影(ying)響。
研(yan)究結(jie)果表明(ming)，在(zai)凝(ning)固(gu)過(guo)程中(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)受相(xiang)(xiang)轉變(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)影響明(ming)顯，在(zai)相(xiang)(xiang)變(bian)點處氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)會(hui)有(you)突變(bian)。隨著鋼(gang)液(ye)溫度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)降低，氮(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)會(hui)逐漸增(zeng)(zeng)加；在(zai)凝(ning)固(gu)初期(qi)，δ相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)產生(sheng)導致氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)急劇(ju)降低；當鋼(gang)中(zhong)(zhong)開(kai)始(shi)析出(chu)γ相(xiang)(xiang)時，氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)又會(hui)增(zeng)(zeng)大(da)，并且隨著γ相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)多，氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)逐漸增(zeng)(zeng)大(da)。固(gu)液(ye)兩相(xiang)(xiang)區氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)最小，在(zai)析出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)高溫鐵素體與(yu)液(ye)相(xiang)(xiang)界(jie)面處最容易產生(sheng)氮(dan)(dan)氣(qi)泡。在(zai)實際冶(ye)煉過(guo)程中(zhong)(zhong)，8相(xiang)(xiang)區的(de)(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)決定了在(zai)凝(ning)固(gu)過(guo)程中(zhong)(zhong)是否產生(sheng)氮(dan)(dan)氣(qi)孔。
1. 氮氣(qi)壓力對合金體系氮溶解度的(de)影響
我們利用建立的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)在(zai)(zai)不(bu)銹(xiu)鋼熔體(ti)(ti)中(zhong)及氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)在(zai)(zai)γ相(xiang)(xiang)(xiang)、δ相(xiang)(xiang)(xiang)和α相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)度模型，對(dui)Fe-18Cr-18Mn合(he)金體(ti)(ti)系在(zai)(zai)不(bu)同(tong)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)氣(qi)(qi)壓(ya)力(li)(li)（0.02MPa、0.1MPa和0.6MPa)條件(jian)下(xia)，氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)在(zai)(zai)該合(he)金體(ti)(ti)系不(bu)同(tong)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)度進行了計算，結果如圖2-46所示。隨著體(ti)(ti)系氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)氣(qi)(qi)壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)增加，δ-Fe相(xiang)(xiang)(xiang)區逐(zhu)漸(jian)減小，當氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)氣(qi)(qi)壓(ya)力(li)(li)增至0.6MPa時，8-Fe相(xiang)(xiang)(xiang)完全消失，凝固過(guo)程中(zhong)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)直接(jie)由液相(xiang)(xiang)(xiang)進入(ru)γ奧氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)區。提高(gao)(gao)(gao)(gao)體(ti)(ti)系氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)氣(qi)(qi)壓(ya)力(li)(li)不(bu)僅可(ke)以提高(gao)(gao)(gao)(gao)各相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)度，還可(ke)以減小δ-Fe區域，有效地抑制凝固過(guo)程中(zhong)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)析出(chu)。目前(qian)，常見的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)鋼制備工藝基本(ben)上都(dou)是(shi)采(cai)用增加氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)氣(qi)(qi)壓(ya)力(li)(li)，如高(gao)(gao)(gao)(gao)壓(ya)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)氣(qi)(qi)氣(qi)(qi)氛下(xia)的(de)(de)感應熔煉、高(gao)(gao)(gao)(gao)壓(ya)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)氣(qi)(qi)氣(qi)(qi)氛下(xia)的(de)(de)電(dian)渣(zha)重(zhong)熔、高(gao)(gao)(gao)(gao)壓(ya)電(dian)弧爐熔煉等(deng)。
2. 合金成(cheng)分對合金體系(xi)氮溶解度的影(ying)響
研究表明，Cr、Mn等常用合(he)(he)金(jin)元(yuan)素(su)均能增大氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)固(gu)相溶(rong)(rong)解度(du)。為了(le)(le)探究合(he)(he)金(jin)元(yuan)素(su)含(han)(han)(han)量對氮(dan)(dan)固(gu)相溶(rong)(rong)解度(du)的(de)(de)(de)影響規律，Tsuchiyama等基于(yu)實驗繪制了(le)(le)1473K、0.1MPa氮(dan)(dan)氣壓力下Fe-Cr和Fe-Mn二(er)元(yuan)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)平衡(heng)(heng)氮(dan)(dan)含(han)(han)(han)量與Cr或(huo)Mn含(han)(han)(han)量的(de)(de)(de)關系［圖2-47(a)].結(jie)果表明，提高兩種元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)含(han)(han)(han)量都增加(jia)(jia)了(le)(le)氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解度(du)，其中Cr元(yuan)素(su)較(jiao)Mn元(yuan)素(su)更能有效地增加(jia)(jia)鋼中氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解度(du)。例如，添(tian)加(jia)(jia)23%Cr可增加(jia)(jia)平衡(heng)(heng)氮(dan)(dan)含(han)(han)(han)量至超高氮(dan)(dan)（1%N)的(de)(de)(de)水(shui)平，而添(tian)加(jia)(jia)25%Mn時平衡(heng)(heng)氮(dan)(dan)含(han)(han)(han)量也僅能達到0.15%。圖2-47(b)所示的(de)(de)(de)等氮(dan)(dan)含(han)(han)(han)量圖也證實了(le)(le)這一點，達到相同的(de)(de)(de)氮(dan)(dan)固(gu)相溶(rong)(rong)解度(du)所需的(de)(de)(de)Cr含(han)(han)(han)量明顯低于(yu)Mn含(han)(han)(han)量。
即便如此(ci)，Mn也(ye)(ye)是(shi)(shi)高(gao)氮(dan)(dan)鋼(gang)(gang)中一種重(zhong)要的合金元素，因此(ci)，Cr和(he)Mn同(tong)時添加對平(ping)(ping)衡氮(dan)(dan)含量(liang)(liang)的影響也(ye)(ye)是(shi)(shi)研究的重(zhong)點之一。圖2-47(a)進一步出了Fe-20Mn-Cr三元基合金中的平(ping)(ping)衡氮(dan)(dan)含量(liang)(liang)與(yu)Cr含量(liang)(liang)的關系。值得注意的是(shi)(shi)，在(zai)Fe-20Mn-Cr合金中實驗測量(liang)(liang)的氮(dan)(dan)含量(liang)(liang)，遠(yuan)高(gao)于Fe-20Mn與(yu)Fe-Cr系氮(dan)(dan)溶(rong)解(jie)度(du)的加和(he)。這意味(wei)著Cr和(he)Mn的協同(tong)作用(yong)顯著提高(gao)了鋼(gang)(gang)中氮(dan)(dan)的溶(rong)解(jie)度(du)。這反映了Cr、Mn和(he)N這三種元素之間存(cun)在(zai)相互作用(yong)，具體表現為(wei)溶(rong)解(jie)度(du)表達式中Cr、Mn元素對N的二階(jie)交叉活度(du)相互作用(yong)系數較大。
除了合金(jin)(jin)元(yuan)素(su)(su)(su)含量對氮(dan)溶解(jie)度高低的影響(xiang)，不(bu)(bu)銹鋼中不(bu)(bu)同合金(jin)(jin)元(yuan)素(su)(su)(su)對凝固過程中不(bu)(bu)同相區(qu)氮(dan)溶解(jie)度的變(bian)化也(ye)具有顯著的影響(xiang)，一般可分為(wei)兩(liang)大類進行討論(lun)，即鐵素(su)(su)(su)體形成元(yuan)素(su)(su)(su)（Cr、Mo和(he)Si等(deng)）和(he)奧氏體形成元(yuan)素(su)(su)(su)（Ni、Mn、C和(he)N等(deng)）。
在(zai)(zai)0.1MPa下(xia)幾種Fe-Cr合金中氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)解(jie)度(du)(du)(du)隨著溫(wen)度(du)(du)(du)變化的(de)(de)(de)(de)規律如圖2-42所(suo)示。存在(zai)(zai)如下(xia)特點：隨著凝(ning)固的(de)(de)(de)(de)進行，氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)解(jie)度(du)(du)(du)在(zai)(zai)8-Fe 區(qu)域(yu)出現突降，到奧氏體(ti)(ti)區(qu)域(yu)氮(dan)(dan)(dan)含量(liang)又(you)急劇增加。隨著合金中Cr含量(liang)的(de)(de)(de)(de)增加，氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)解(jie)度(du)(du)(du)快速上升(sheng)，但在(zai)(zai)各(ge)溫(wen)度(du)(du)(du)范圍中的(de)(de)(de)(de)上升(sheng)幅度(du)(du)(du)不(bu)同，尤(you)其在(zai)(zai)奧氏體(ti)(ti)區(qu)的(de)(de)(de)(de)升(sheng)幅特別大。當Cr含量(liang)高(gao)于(yu)8.1%時，奧氏體(ti)(ti)區(qu)的(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)解(jie)度(du)(du)(du)已明顯大于(yu)相(xiang)應液(ye)相(xiang)中氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)(du)。同時，隨著Cr含量(liang)的(de)(de)(de)(de)提高(gao)，凝(ning)固過(guo)程中8-Fe區(qu)域(yu)也(ye)逐漸增大。
相(xiang)反(fan)地，鋼中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)奧氏體形(xing)(xing)(xing)成元素(su)，可使凝(ning)固過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong) δ-Fe 區域逐漸減(jian)小。圖2-48(a)為不(bu)同Mn含(han)量(liang)鋼（合金成分(fen)見表(biao)2-12)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解度(du)(du)(du)隨(sui)(sui)溫度(du)(du)(du)變化的(de)(de)(de)(de)(de)曲線。結果表(biao)明：隨(sui)(sui)著Mn含(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)提高(gao)，在(zai)液(ye)相(xiang)與固相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解度(du)(du)(du)也(ye)會隨(sui)(sui)之增大；Mn是強奧氏體形(xing)(xing)(xing)成元素(su)，隨(sui)(sui)著Mn含(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)提高(gao)，凝(ning)固過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)8相(xiang)區逐漸減(jian)小，甚至(zhi)可能消失。從(cong)圖中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)8.0%Mn鋼的(de)(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)溶(rong)解度(du)(du)(du)計算結果可以(yi)看(kan)出(chu)，在(zai)凝(ning)固過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)未(wei)出(chu)現8相(xiang)區。同時，利(li)用建立的(de)(de)(de)(de)(de)固相(xiang)氮(dan)(dan)溶(rong)解度(du)(du)(du)模型(xing)對Fe-4Cr-16Mn合金進行了計算，結果如圖2-48(b)所(suo)示。從(cong)圖中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)可以(yi)看(kan)出(chu)，在(zai)Fe-4Cr-16Mn合金體系從(cong)液(ye)相(xiang)凝(ning)固的(de)(de)(de)(de)(de)過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)也(ye)沒有出(chu)現δ-Fe相(xiang)區，與文獻(xian)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)報(bao)道一致。因此，適當提高(gao)合金體系中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)奧氏體形(xing)(xing)(xing)成元素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)，有助(zhu)于減(jian)少氮(dan)(dan)在(zai)其凝(ning)固過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)析出(chu)趨勢，從(cong)而有效避(bi)免高(gao)氮(dan)(dan)鋼在(zai)凝(ning)固過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)氣孔的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)成。
