一、氮的固(gu)相溶解度模型(xing)
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(he)Staffansson的(de)正規溶(rong)體模型(xing)，每(mei)個狀態（相(xiang)、間(jian)隙(xi)溶(rong)液和(he)空位(wei)等）可由相(xiang)應的(de)能(neng)量(liang)表示，可使用兩個晶(jing)格(ge)，分(fen)別(bie)當作溶(rong)質(zhi)原子和(he)間(jian)隙(xi)溶(rong)質(zhi)原子。因為大(da)量(liang)的(de)間(jian)隙(xi)位(wei)置(zhi)不(bu)被(bei)占用，這(zhe)些(xie)空位(wei)則被(bei)視為額外的(de)元素(su)（Va).基于(yu)此(ci)模型(xing)，可建立氮(dan)(dan)在(zai)固(gu)相(xiang)高氮(dan)(dan)不(bu)銹鋼體系中的(de)溶(rong)解(jie)度模型(xing)，以預測(ce)氮(dan)(dan)在(zai)固(gu)相(xiang)中的(de)平衡氮(dan)(dan)含量(liang)或飽和(he)滲氮(dan)(dan)量(liang)并(bing)分(fen)析其影響因素(su)。
考慮(lv)到(dao)固(gu)(gu)態(tai)與(yu)熔體(ti)的不同，以Fe-Cr-Mn-N合(he)(he)金體(ti)系為(wei)例(li)，在固(gu)(gu)態(tai)合(he)(he)金中(zhong)各元素(su)的摩爾分(fen)數（xN、xi)可(ke)以轉化為(wei)相應的位置分(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. 氮在γ相中(zhong)固相溶解度模型的建(jian)立(li)
對于Fe-Cr-Mn-N系(xi)(xi)合金體系(xi)(xi)，在(zai)固態奧(ao)(ao)氏體（面心立方結(jie)構(gou)）相(xiang)區，氣相(xiang)和奧(ao)(ao)氏體相(xiang)的平衡方程可表達為
2. 氮在δ相和α相中固相溶解度模型的建立
對于(yu)Fe-Cr-Mn-N系合金體系，在(zai)鐵(tie)素體相(xiang)（體心(xin)立方結構）中(zhong)(zhong)，鐵(tie)晶(jing)格中(zhong)(zhong)每(mei)個填入(ru)間(jian)隙位置的(de)氮原子都(dou)會阻礙該間(jian)隙位置的(de)最近鄰的(de)三個間(jian)隙位置被(bei)其他氮原子占據。因(yin)此(ci)，氣相(xiang)與鐵(tie)素體相(xiang)的(de)平(ping)衡方程可表(biao)達為下式：
3. 合(he)金中奧氏體數量和液相線(xian)的確定
明確合(he)金凝固過(guo)程的相轉變(bian)，是通過(guo)模型(xing)計(ji)算氮(dan)固相溶解度的一個(ge)重(zhong)要(yao)基(ji)礎。其中，確定鋼(gang)種的液相線溫度TL和(he)奧(ao)(ao)氏體與鐵素體的數(shu)量或(huo)比(bi)例尤(you)為重(zhong)要(yao)。近年(nian)來，研(yan)究人員利用熱(re)力學數(shu)據計(ji)算了(le)合(he)金元(yuan)素與相平衡的關系，以鋼(gang)的化學成分和(he)熱(re)處理(li)溫度作為計(ji)算奧(ao)(ao)氏體數(shu)量的基(ji)礎，根據SGTE熱(re)力學數(shu)據庫(ku)進行計(ji)算，得出奧(ao)(ao)氏體線性方程式如下：
根據(ju)鋼的(de)(de)化學成(cheng)分(fen)和(he)固溶(rong)溫度，按此方程式即可計算(suan)出在不同溫度下(xia)的(de)(de)奧氏體(ti)(ti)數量，計算(suan)數據(ju)與實(shi)驗結果(guo)吻(wen)合得(de)很(hen)好(hao)。吳忠忠等利用(yong)奧氏體(ti)(ti)線性(xing)(xing)方程和(he)固溶(rong)實(shi)驗研究了不同固溶(rong)溫度下(xia)各(ge)相的(de)(de)含量，奧氏體(ti)(ti)線性(xing)(xing)方程理論計算(suan)的(de)(de)奧氏體(ti)(ti)數量與實(shi)驗值吻(wen)合得(de)很(hen)好(hao)，精確度很(hen)高。
利(li)用固(gu)(gu)相(xiang)氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)(du)(du)模型(xing)，可(ke)(ke)以(yi)(yi)方便地(di)計算出Fe-Cr-Mn-N系合(he)金在(zai)各溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)區(qu)間(jian)的氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)(du)(du)曲(qu)線(xian)(xian)(xian)(xian)。通過擬合(he)前(qian)人的研(yan)究成果和奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)線(xian)(xian)(xian)(xian)性(xing)方程，可(ke)(ke)以(yi)(yi)確(que)定(ding)固(gu)(gu)相(xiang)中鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)含量(liang)為(wei)(wei)80%是(shi)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)和奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)的理論分(fen)界點，鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)含量(liang)大于80%為(wei)(wei)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)區(qu)域，該分(fen)界點即為(wei)(wei)氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)(du)(du)曲(qu)線(xian)(xian)(xian)(xian)上鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)全(quan)部轉變為(wei)(wei)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)的拐(guai)點。根據鋼種的液相(xiang)線(xian)(xian)(xian)(xian)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)，可(ke)(ke)以(yi)(yi)方便地(di)確(que)定(ding)氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)(du)(du)曲(qu)線(xian)(xian)(xian)(xian)上由液相(xiang)轉變為(wei)(wei)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的拐(guai)點溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)。鋼種不同，液相(xiang)線(xian)(xian)(xian)(xian)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的表達式(shi)也(ye)不盡相(xiang)同［54].在(zai)本研(yan)究中采(cai)用下式(shi)來(lai)計算鋼種的液相(xiang)線(xian)(xian)(xian)(xian)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)TL.
4. 氮(dan)的(de)(de)固相溶解(jie)度(du)模型的(de)(de)驗證
利(li)用(yong)前人實(shi)(shi)驗(yan)數據，驗(yan)證(zheng)氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)固相(xiang)溶(rong)解(jie)(jie)度(du)模(mo)型(xing)的(de)(de)(de)準確性。李光強等對氮(dan)(dan)在(zai)合金體系中的(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)度(du)進行了實(shi)(shi)驗(yan)研(yan)究(jiu)，直接用(yong)高(gao)純(chun)氮(dan)(dan)氣在(zai)1473K、0.1MPa下高(gao)溫電阻爐(lu)(lu)內進行滲(shen)氮(dan)(dan)實(shi)(shi)驗(yan)，爐(lu)(lu)管兩端封(feng)閉(bi)以形成(cheng)穩定的(de)(de)(de)氣氛。該研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗(yan)鋼種(zhong)成(cheng)分和固相(xiang)滲(shen)氮(dan)(dan)后的(de)(de)(de)氮(dan)(dan)含量見表2-10。利(li)用(yong)上述氮(dan)(dan)溶(rong)解(jie)(jie)度(du)模(mo)型(xing)進行計算(suan)，其理論計算(suan)值(zhi)與(yu)實(shi)(shi)驗(yan)值(zhi)比(bi)較(jiao)如圖(tu)2-43所示，氮(dan)(dan)溶(rong)解(jie)(jie)度(du)的(de)(de)(de)模(mo)型(xing)計算(suan)值(zhi)與(yu)測量值(zhi)吻(wen)合良好。
Kunze等對(dui)Fe17.26Cr6.42Mn和(he)Fe20.53Cr11.63Mn合金體系(xi)在不同氮氣壓力(li)條件(jian)下，進行(xing)了低(di)溫奧氏(shi)體、高溫奧氏(shi)體和(he)δ-Fe的(de)固相滲氮實驗(yan)研究。本模型(xing)的(de)計算(suan)結果(guo)與(yu)其實驗(yan)結果(guo)的(de)對比見圖(tu)2-44和(he)圖(tu)2-45。從圖(tu)中(zhong)可以(yi)看到，實驗(yan)值與(yu)模型(xing)的(de)計算(suan)值吻合得很好，尤其在δ-Fe相(xiang)吻(wen)合得更好。但對于(yu)Fe17.26 Cr6.42Mn合金(jin)體系在奧氏體相(xiang)中的實驗點(dian)偏離(li)計算曲線(xian)較大(da)，如圖2-44(a)所(suo)示。這可能是由于(yu)在建立模型的過程中忽(hu)略了(le)δ-Fe相和γ奧氏(shi)體兩相共存階段溶解度的計(ji)算(suan)，導(dao)致模型的計(ji)算(suan)值與實驗值存在一定的偏差。
二、固相(xiang)合金體系中氮溶解度模型的相(xiang)關研(yan)究
面(mian)心立方結(jie)構鐵中氮(dan)的濃度(du)可由(you)奧氏(shi)體(ti)相與(yu)氮(dan)氣(qi)(qi)之間的平衡實驗得到，目前多數實驗都(dou)在912~1394℃范圍內(nei)，當溫度(du)更高時(shi)，固體(ti)表面(mian)的氣(qi)(qi)體(ti)成分(fen)具有明(ming)顯的不確定性。Hillert和Jarl、曲英(ying)和Wada-Pehlk等分(fen)別給出了鐵中氮(dan)濃度(du)與(yu)溫度(du)和氮(dan)氣(qi)(qi)壓(ya)力的關系式：
Tsuchiyama等將厚(hou)度(du)為0.25~3.0mm的Fe-Cr-Mn 系(xi)(xi)合(he)(he)金試(shi)樣(yang)(yang)置于(yu)0.1MPa的氮(dan)氣(qi)氛中(zhong)(zhong)，在1473K溫度(du)下滲(shen)氮(dan)。滲(shen)氮(dan)60min后，厚(hou)度(du)為0.25mm的Fe12.5Cr 合(he)(he)金試(shi)樣(yang)(yang)中(zhong)(zhong)滲(shen)氮(dan)反應達(da)到平(ping)(ping)衡，試(shi)樣(yang)(yang)的平(ping)(ping)均(jun)氮(dan)含量達(da)到了0.30%,并且試(shi)樣(yang)(yang)的平(ping)(ping)均(jun)氮(dan)含量隨(sui)著合(he)(he)金中(zhong)(zhong)鉻、錳(meng)元素含量的增加(jia)而逐漸增加(jia)，對(dui)于(yu)實(shi)(shi)驗(yan)Fe24.0Cr20.5Mn合(he)(he)金，滲(shen)氮(dan)反應平(ping)(ping)衡后試(shi)樣(yang)(yang)的平(ping)(ping)均(jun)氮(dan)含量達(da)到1.95%.此外，對(dui)固(gu)態(tai)滲(shen)氮(dan)時鋼(gang)中(zhong)(zhong)氮(dan)的溶解(jie)度(du)計算模型進行了簡(jian)化，并通過固(gu)相(xiang)滲(shen)氮(dan)實(shi)(shi)驗(yan)數據進行修正(zheng)，給出(chu)了1473K、0.1MPa氮(dan)氣(qi)壓(ya)力下Fe-Cr-Mn系(xi)(xi)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)氮(dan)溶解(jie)度(du)的近似表達(da)式：
在(zai)(zai)前人(ren)研究的基礎上(shang)，Kunze和(he)Rothe[50]計算和(he)推導了氮在(zai)(zai)奧氏體Fe-Cr-Mn合(he)金中的溶解度，氮的活度系(xi)(xi)數YN(以摩爾分數表示）與溫度及(ji)氮在(zai)(zai)合(he)金中的摩爾分數xN存(cun)在(zai)(zai)如下關系(xi)(xi)：
表(biao)(biao)2-11給出了1000~1200℃范圍內，N與合金元素Cr、Mn的活度(du)(du)相(xiang)互作用(yong)(yong)系(xi)(xi)數和(he)溫度(du)(du)之間(jian)的關系(xi)(xi)。根據Wagner模(mo)型，超額吉布斯自由能可(ke)以用(yong)(yong)活度(du)(du)相(xiang)互作用(yong)(yong)系(xi)(xi)數表(biao)(biao)示為
三、固相(xiang)合金體系(xi)中(zhong)氮(dan)溶解度(du)的影(ying)響(xiang)因素
利(li)用(yong)已建立的(de)(de)氮(dan)(dan)在固相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼中的(de)(de)溶解度模型，可得出高氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)鋼在凝固過程中隨溫(wen)度變化時氮(dan)(dan)在不(bu)同相(xiang)區的(de)(de)溶解度變化曲線，以明晰氮(dan)(dan)氣分壓和(he)鉻、錳(meng)等典型合金元素對(dui)氮(dan)(dan)溶解的(de)(de)影響(xiang)。
研(yan)究(jiu)結果表明，在(zai)(zai)(zai)凝固(gu)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)氮的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)受相(xiang)轉變的(de)(de)影(ying)響明顯，在(zai)(zai)(zai)相(xiang)變點處氮的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)會有突變。隨(sui)(sui)著(zhu)鋼液溫(wen)度(du)的(de)(de)降低，氮溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)會逐漸增(zeng)加；在(zai)(zai)(zai)凝固(gu)初期，δ相(xiang)的(de)(de)產生(sheng)(sheng)導致氮的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)急劇降低；當鋼中(zhong)(zhong)開(kai)始析出γ相(xiang)時，氮的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)又會增(zeng)大(da)(da)，并且隨(sui)(sui)著(zhu)γ相(xiang)的(de)(de)增(zeng)多，氮的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)逐漸增(zeng)大(da)(da)。固(gu)液兩相(xiang)區氮的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)最小(xiao)，在(zai)(zai)(zai)析出的(de)(de)高溫(wen)鐵素體(ti)與液相(xiang)界(jie)面處最容易(yi)產生(sheng)(sheng)氮氣泡(pao)。在(zai)(zai)(zai)實際冶煉(lian)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)，8相(xiang)區的(de)(de)氮溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)決定了在(zai)(zai)(zai)凝固(gu)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)是否產生(sheng)(sheng)氮氣孔。
1. 氮(dan)氣(qi)壓力對(dui)合(he)金體系氮(dan)溶解度的影響
我(wo)們利用建立的(de)(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)(dan)在不銹鋼熔體(ti)(ti)中(zhong)及氮(dan)(dan)(dan)(dan)在γ相(xiang)(xiang)、δ相(xiang)(xiang)和α相(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)溶解(jie)度(du)模型，對Fe-18Cr-18Mn合金體(ti)(ti)系(xi)在不同(tong)(tong)氮(dan)(dan)(dan)(dan)氣壓(ya)(ya)力(li)(li)（0.02MPa、0.1MPa和0.6MPa)條(tiao)件下(xia)，氮(dan)(dan)(dan)(dan)在該(gai)合金體(ti)(ti)系(xi)不同(tong)(tong)相(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)溶解(jie)度(du)進行(xing)了(le)計算，結(jie)果如(ru)圖2-46所示。隨著(zhu)體(ti)(ti)系(xi)氮(dan)(dan)(dan)(dan)氣壓(ya)(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)，δ-Fe相(xiang)(xiang)區逐漸減(jian)小，當氮(dan)(dan)(dan)(dan)氣壓(ya)(ya)力(li)(li)增(zeng)至0.6MPa時(shi)，8-Fe相(xiang)(xiang)完全消失，凝(ning)固(gu)過程中(zhong)氮(dan)(dan)(dan)(dan)直(zhi)接(jie)由液(ye)相(xiang)(xiang)進入(ru)γ奧氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)區。提高(gao)(gao)體(ti)(ti)系(xi)氮(dan)(dan)(dan)(dan)氣壓(ya)(ya)力(li)(li)不僅(jin)可(ke)以提高(gao)(gao)各相(xiang)(xiang)中(zhong)氮(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶解(jie)度(du)，還可(ke)以減(jian)小δ-Fe區域，有效地抑制凝(ning)固(gu)過程中(zhong)氮(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)析出。目(mu)前(qian)，常見的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)鋼制備工藝(yi)基本上都是采用增(zeng)加(jia)氮(dan)(dan)(dan)(dan)氣壓(ya)(ya)力(li)(li)，如(ru)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)氮(dan)(dan)(dan)(dan)氣氣氛(fen)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)感應(ying)熔煉(lian)、高(gao)(gao)壓(ya)(ya)氮(dan)(dan)(dan)(dan)氣氣氛(fen)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)電渣重熔、高(gao)(gao)壓(ya)(ya)電弧爐熔煉(lian)等。
2. 合(he)金成分對合(he)金體系氮溶解度(du)的影響
研(yan)究(jiu)表明，Cr、Mn等(deng)常用合金元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)均能增大氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)固(gu)相溶(rong)解(jie)(jie)度(du)。為了(le)探究(jiu)合金元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)對氮(dan)(dan)(dan)固(gu)相溶(rong)解(jie)(jie)度(du)的(de)(de)影響規律，Tsuchiyama等(deng)基于(yu)實驗繪制了(le)1473K、0.1MPa氮(dan)(dan)(dan)氣壓力下Fe-Cr和(he)Fe-Mn二(er)元(yuan)(yuan)(yuan)合金的(de)(de)平(ping)衡氮(dan)(dan)(dan)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)與Cr或Mn含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)關系(xi)［圖(tu)2-47(a)].結果表明，提(ti)高(gao)(gao)兩種元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)都增加了(le)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)度(du)，其(qi)中Cr元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)較Mn元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)更能有效地增加鋼(gang)中氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)度(du)。例如，添(tian)加23%Cr可增加平(ping)衡氮(dan)(dan)(dan)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)至超高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)（1%N)的(de)(de)水平(ping)，而添(tian)加25%Mn時平(ping)衡氮(dan)(dan)(dan)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)也僅能達(da)(da)到0.15%。圖(tu)2-47(b)所示的(de)(de)等(deng)氮(dan)(dan)(dan)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)圖(tu)也證實了(le)這一(yi)點(dian)，達(da)(da)到相同的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)固(gu)相溶(rong)解(jie)(jie)度(du)所需的(de)(de)Cr含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)明顯低于(yu)Mn含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)。
即便如此(ci)(ci)，Mn也(ye)是高氮(dan)鋼(gang)中(zhong)(zhong)一種重要的(de)(de)合(he)金(jin)元(yuan)(yuan)素，因此(ci)(ci)，Cr和Mn同時添加對(dui)(dui)平衡氮(dan)含(han)量(liang)的(de)(de)影響也(ye)是研究的(de)(de)重點之一。圖2-47(a)進一步出了Fe-20Mn-Cr三元(yuan)(yuan)基合(he)金(jin)中(zhong)(zhong)的(de)(de)平衡氮(dan)含(han)量(liang)與Cr含(han)量(liang)的(de)(de)關系(xi)。值得注意的(de)(de)是，在(zai)Fe-20Mn-Cr合(he)金(jin)中(zhong)(zhong)實驗測量(liang)的(de)(de)氮(dan)含(han)量(liang)，遠高于Fe-20Mn與Fe-Cr系(xi)氮(dan)溶解度(du)的(de)(de)加和。這(zhe)意味著(zhu)Cr和Mn的(de)(de)協同作用(yong)顯著(zhu)提高了鋼(gang)中(zhong)(zhong)氮(dan)的(de)(de)溶解度(du)。這(zhe)反映了Cr、Mn和N這(zhe)三種元(yuan)(yuan)素之間存在(zai)相(xiang)互作用(yong)，具體(ti)表現為溶解度(du)表達式(shi)中(zhong)(zhong)Cr、Mn元(yuan)(yuan)素對(dui)(dui)N的(de)(de)二階交叉活度(du)相(xiang)互作用(yong)系(xi)數較大。
除了合(he)金元(yuan)素(su)(su)含量對(dui)氮溶解度高(gao)低的影響(xiang)，不銹鋼中(zhong)不同合(he)金元(yuan)素(su)(su)對(dui)凝固過(guo)程中(zhong)不同相區氮溶解度的變化(hua)也具(ju)有顯(xian)著的影響(xiang)，一般(ban)可分為兩大(da)類(lei)進(jin)行(xing)討論，即鐵素(su)(su)體形(xing)成元(yuan)素(su)(su)（Cr、Mo和(he)Si等(deng)）和(he)奧(ao)氏體形(xing)成元(yuan)素(su)(su)（Ni、Mn、C和(he)N等(deng)）。
在(zai)0.1MPa下幾種Fe-Cr合金(jin)中(zhong)氮(dan)溶解度(du)(du)隨著(zhu)(zhu)溫度(du)(du)變化(hua)的(de)規律如圖2-42所(suo)示。存在(zai)如下特點(dian)：隨著(zhu)(zhu)凝固(gu)的(de)進行，氮(dan)溶解度(du)(du)在(zai)8-Fe 區(qu)域(yu)出現(xian)突降，到奧氏體區(qu)域(yu)氮(dan)含(han)量又急(ji)劇增加。隨著(zhu)(zhu)合金(jin)中(zhong)Cr含(han)量的(de)增加，氮(dan)溶解度(du)(du)快速上(shang)升(sheng)(sheng)，但在(zai)各(ge)溫度(du)(du)范圍中(zhong)的(de)上(shang)升(sheng)(sheng)幅度(du)(du)不同(tong)，尤其在(zai)奧氏體區(qu)的(de)升(sheng)(sheng)幅特別大(da)。當(dang)Cr含(han)量高于8.1%時(shi)，奧氏體區(qu)的(de)氮(dan)溶解度(du)(du)已(yi)明顯大(da)于相應(ying)液相中(zhong)氮(dan)的(de)溶解度(du)(du)。同(tong)時(shi)，隨著(zhu)(zhu)Cr含(han)量的(de)提高，凝固(gu)過程中(zhong)8-Fe區(qu)域(yu)也逐漸增大(da)。
相(xiang)(xiang)反地，鋼中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏體(ti)形成(cheng)(cheng)(cheng)元素，可(ke)(ke)使(shi)凝固(gu)(gu)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong) δ-Fe 區(qu)(qu)(qu)域(yu)逐(zhu)漸(jian)減小(xiao)。圖(tu)2-48(a)為不同Mn含量(liang)鋼（合金成(cheng)(cheng)(cheng)分見表2-12)中(zhong)(zhong)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)溶解(jie)度隨溫度變化的(de)(de)(de)(de)曲(qu)線。結(jie)果表明：隨著(zhu)Mn含量(liang)的(de)(de)(de)(de)提高，在(zai)液(ye)相(xiang)(xiang)與固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)溶解(jie)度也(ye)會隨之增大；Mn是強奧(ao)(ao)氏體(ti)形成(cheng)(cheng)(cheng)元素，隨著(zhu)Mn含量(liang)的(de)(de)(de)(de)提高，凝固(gu)(gu)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)8相(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)逐(zhu)漸(jian)減小(xiao)，甚(shen)至可(ke)(ke)能(neng)消(xiao)失。從(cong)圖(tu)中(zhong)(zhong)8.0%Mn鋼的(de)(de)(de)(de)氮(dan)溶解(jie)度計算結(jie)果可(ke)(ke)以看出(chu)，在(zai)凝固(gu)(gu)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)未出(chu)現8相(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)。同時，利用建(jian)立的(de)(de)(de)(de)固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)氮(dan)溶解(jie)度模型對(dui)Fe-4Cr-16Mn合金進行(xing)了計算，結(jie)果如圖(tu)2-48(b)所示(shi)。從(cong)圖(tu)中(zhong)(zhong)可(ke)(ke)以看出(chu)，在(zai)Fe-4Cr-16Mn合金體(ti)系從(cong)液(ye)相(xiang)(xiang)凝固(gu)(gu)的(de)(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)也(ye)沒有(you)出(chu)現δ-Fe相(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)，與文獻中(zhong)(zhong)報道一致。因此，適當提高合金體(ti)系中(zhong)(zhong)奧(ao)(ao)氏體(ti)形成(cheng)(cheng)(cheng)元素的(de)(de)(de)(de)含量(liang)，有(you)助于減少氮(dan)在(zai)其凝固(gu)(gu)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)析出(chu)趨(qu)勢，從(cong)而(er)有(you)效(xiao)避免高氮(dan)鋼在(zai)凝固(gu)(gu)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)氮(dan)氣(qi)孔的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng)(cheng)。
