在(zai)(zai)加壓(ya)(ya)(ya)冶煉過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)，壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)控制(zhi)對保(bao)障高氮鋼(gang)具(ju)備致(zhi)密的(de)(de)(de)(de)(de)宏觀(guan)組(zu)織(zhi)和(he)(he)優異性能尤為重要(yao)。目前，經證實，壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)主要(yao)通過(guo)(guo)兩種方(fang)式(shi)對凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)過(guo)(guo)程和(he)(he)組(zu)織(zhi)產生(sheng)(sheng)影響(xiang)：一種方(fang)式(shi)是宏觀(guan)尺(chi)度上機械(xie)作(zuo)用(yong)導(dao)致(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)物理變(bian)(bian)化，如改變(bian)(bian)鑄錠和(he)(he)鑄型間的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)交(jiao)換、冷卻(que)速率(lv)(lv)以(yi)及(ji)充型過(guo)(guo)程的(de)(de)(de)(de)(de)控制(zhi)等(deng)，另一種方(fang)式(shi)是微觀(guan)尺(chi)度上的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)和(he)(he)動力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)參數(shu)變(bian)(bian)化，壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)作(zuo)為基本熱(re)(re)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)參數(shu)之(zhi)一，對有(you)氣相(xiang)參與的(de)(de)(de)(de)(de)冶金(jin)反應和(he)(he)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)過(guo)(guo)程具(ju)有(you)十分重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)；增加壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)在(zai)(zai)提(ti)高冶金(jin)反應速率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)同時(shi)，能夠顯著增加鋼(gang)液中(zhong)(zhong)氮、鈣和(he)(he)鎂的(de)(de)(de)(de)(de)溶解度，提(ti)高其(qi)收得率(lv)(lv)，進而(er)充分發(fa)揮其(qi)凈化鋼(gang)液或合金(jin)化作(zuo)用(yong)；在(zai)(zai)低壓(ya)(ya)(ya)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)，壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)對相(xiang)圖、凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)熱(re)(re)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)和(he)(he)動力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)參數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)可(ke)以(yi)忽略(lve)不計，但在(zai)(zai)高壓(ya)(ya)(ya)下，相(xiang)圖、凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)熱(re)(re)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)和(he)(he)動力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)參數(shu)隨之(zhi)發(fa)生(sheng)(sheng)改變(bian)(bian)，進而(er)改變(bian)(bian)常規條件(jian)下的(de)(de)(de)(de)(de)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)模式(shi)，從(cong)而(er)有(you)利于一些(xie)新(xin)相(xiang)或新(xin)材料(liao)結構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)成。
壓(ya)(ya)力(li)對材料(liao)組織和(he)性能的(de)(de)(de)影響已(yi)經引(yin)起了廣(guang)泛關(guan)注，自諾貝爾獎獲得者Bridgman 開展相關(guan)研(yan)究以來,材料(liao)熱(re)力(li)學(xue)和(he)動(dong)(dong)力(li)學(xue)參數(shu)隨壓(ya)(ya)力(li)的(de)(de)(de)變化規律就已(yi)經得到(dao)了大(da)量研(yan)究,這些研(yan)究主要采用相圖計算（calculation of phasediagram,CALPHAD)的(de)(de)(de)方式完(wan)成，且主要集(ji)中在有(you)(you)色金(jin)屬合金(jin)材料(liao)方面，如Bi-Sb、Al-Ge、Al-Si、Al-Zn和(he)Cd-Zn等(deng);所研(yan)究的(de)(de)(de)熱(re)力(li)學(xue)和(he)動(dong)(dong)力(li)學(xue)參數(shu)主要包括相圖、摩爾體積、共晶(jing)溫(wen)度、初始轉變相類型、共晶(jing)點成分(fen)、晶(jing)粒形核以及擴散系(xi)數(shu)等(deng)方面。研(yan)究表明(ming)，高壓(ya)(ya)下（數(shu)量級約為(wei)10GPa)的(de)(de)(de)熱(re)力(li)學(xue)和(he)動(dong)(dong)力(li)學(xue)參數(shu)與常(chang)壓(ya)(ya)下存(cun)在明(ming)顯差異,而這些差異有(you)(you)助(zhu)于闡明(ming)壓(ya)(ya)力(li)對組織的(de)(de)(de)影響機理。
同樣(yang)，在壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)影(ying)響鋼(gang)鐵(tie)(tie)熱(re)(re)力(li)學(xue)(xue)和(he)(he)動(dong)(dong)力(li)學(xue)(xue)參(can)數(shu)方面，有(you)研(yan)究人員初步(bu)探(tan)討(tao)了鋼(gang)鐵(tie)(tie)材(cai)料(liao)(liao)在高壓(ya)(ya)(ya)(ya)下(xia)的相(xiang)(xiang)轉(zhuan)變(bian)、固(gu)／液(ye)相(xiang)(xiang)線(xian)溫度(du)和(he)(he)擴散(san)系(xi)(xi)(xi)數(shu)等。所選(xuan)體系(xi)(xi)(xi)有(you)Fe-C和(he)(he)Fe-Mn-C(高錳鋼(gang)）等。高壓(ya)(ya)(ya)(ya)下(xia)的Fe-C相(xiang)(xiang)圖見(jian)圖2-91,隨著壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)增大，鐵(tie)(tie)素體相(xiang)(xiang)α和(he)(he)δ區域(yu)(yu)不斷(duan)減(jian)小，奧氏體相(xiang)(xiang)γ區域(yu)(yu)不斷(duan)增大，當壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)增加至2000MPa時，鐵(tie)(tie)素體相(xiang)(xiang)α和(he)(he)8區域(yu)(yu)幾乎消失。但與有(you)色金屬方面相(xiang)(xiang)比，壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)對(dui)鋼(gang)鐵(tie)(tie)材(cai)料(liao)(liao)的凝(ning)(ning)固(gu)相(xiang)(xiang)組成(cheng)、熱(re)(re)力(li)學(xue)(xue)和(he)(he)動(dong)(dong)力(li)學(xue)(xue)參(can)數(shu)方面的研(yan)究依然(ran)十分(fen)貧瘠。本(ben)節(jie)將以含氮鋼(gang)（19Cr14Mn0.9N)和(he)(he)H13分(fen)別討(tao)論，壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)對(dui)凝(ning)(ning)固(gu)過程中相(xiang)(xiang)變(bian)、熱(re)(re)力(li)學(xue)(xue)（相(xiang)(xiang)質量分(fen)數(shu)、凝(ning)(ning)固(gu)模式(shi)、固(gu)／液(ye)相(xiang)(xiang)線(xian)、體系(xi)(xi)(xi)氮溶解度(du)、相(xiang)(xiang)變(bian)驅動(dong)(dong)力(li)和(he)(he)分(fen)配系(xi)(xi)(xi)數(shu)等）和(he)(he)動(dong)(dong)力(li)學(xue)(xue)參(can)數(shu)（擴散(san)系(xi)(xi)(xi)數(shu)）的影(ying)響規律，從而系(xi)(xi)(xi)統論述壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)對(dui)鋼(gang)鐵(tie)(tie)材(cai)料(liao)(liao)凝(ning)(ning)固(gu)熱(re)(re)力(li)學(xue)(xue)和(he)(he)動(dong)(dong)力(li)學(xue)(xue)的影(ying)響規律。
1. 凝固相變
相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)是(shi)用(yong)來表征(zheng)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)平衡系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)組成(cheng)與(yu)熱力(li)(li)學(xue)參(can)數(shu)(shu)（如溫度和(he)(he)(he)(he)壓(ya)力(li)(li)）之間關系(xi)(xi)的(de)(de)(de)一種(zhong)圖(tu)(tu)形(xing)，它可(ke)以提供壓(ya)力(li)(li)和(he)(he)(he)(he)其他相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)關熱力(li)(li)學(xue)參(can)數(shu)(shu)之間的(de)(de)(de)關系(xi)(xi)，這(zhe)些熱力(li)(li)學(xue)參(can)數(shu)(shu)包(bao)含(han)了(le)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)轉(zhuan)變(bian)溫度和(he)(he)(he)(he)元素(su)的(de)(de)(de)平衡分(fen)配系(xi)(xi)數(shu)(shu)等。因此，相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)是(shi)探討壓(ya)力(li)(li)對(dui)熱力(li)(li)學(xue)參(can)數(shu)(shu)影響規律的(de)(de)(de)基礎。19Cr14Mn0.9N含(han)氮鋼在(zai)(zai)(zai)0.1MPa 下隨(sui)氮質量分(fen)數(shu)(shu)變(bian)化的(de)(de)(de)垂(chui)直截(jie)面相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中(zhong)(zhong)(zhong)凝固相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)的(de)(de)(de)區(qu)域(yu)如圖(tu)(tu)2-91(a)所(suo)示。圖(tu)(tu)中(zhong)(zhong)(zhong)存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)七個(ge)(ge)(ge)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)，分(fen)別(bie)為三(san)(san)個(ge)(ge)(ge)單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)：液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)L、鐵素(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)(he)(he)(he)奧(ao)氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)y;三(san)(san)個(ge)(ge)(ge)兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)：L+8、L+Y和(he)(he)(he)(he)8+γ;一個(ge)(ge)(ge)三(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)共(gong)存(cun)(cun)區(qu)L+8+γ.三(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)共(gong)存(cun)(cun)區(qu)L+8+γ是(shi)一個(ge)(ge)(ge)曲(qu)邊(bian)三(san)(san)角形(xing)，三(san)(san)個(ge)(ge)(ge)頂點（A、B和(he)(he)(he)(he)C)分(fen)別(bie)與(yu)三(san)(san)個(ge)(ge)(ge)單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)（鐵素(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8、奧(ao)氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ和(he)(he)(he)(he)液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)L)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)接，且居中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)（奧(ao)氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ)位(wei)于三(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)的(de)(de)(de)下方。根據曲(qu)邊(bian)三(san)(san)角形(xing)的(de)(de)(de)判定(ding)原則［137,三(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)內發(fa)生(sheng)了(le)包(bao)晶反應：L+δ→Y;三(san)(san)個(ge)(ge)(ge)兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)（L+8、L+y和(he)(he)(he)(he)8+γ)分(fen)別(bie)發(fa)生(sheng)了(le)L→8、L→y和(he)(he)(he)(he)δ→y.在(zai)(zai)(zai)10MPa和(he)(he)(he)(he)100MPa下，隨(sui)氮質量分(fen)數(shu)(shu)變(bian)化的(de)(de)(de)垂(chui)直截(jie)面相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)分(fen)別(bie)如圖(tu)(tu)2-92(b)和(he)(he)(he)(he)（c)所(suo)示，對(dui)比可(ke)以看出，10MPa和(he)(he)(he)(he)100MPa下相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)數(shu)(shu)量和(he)(he)(he)(he)類(lei)型(xing)與(yu)0.1MPa的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)同，而1000MPa下，隨(sui)氮質量分(fen)數(shu)(shu)變(bian)化的(de)(de)(de)垂(chui)直截(jie)面相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中(zhong)(zhong)(zhong)存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)兩(liang)個(ge)(ge)(ge)單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)（液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)L和(he)(he)(he)(he)奧(ao)氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ),鐵素(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)消失，如圖(tu)(tu)2-92(d)所(suo)示。
相圖中三相共存區(qu)(qu) L+8+y 隨壓(ya)(ya)力(li)的(de)變(bian)化規律(lv)如圖2-93所示，在0.1MPa、10MPa、100MPa 和(he)1000MPa下，A點(dian)的(de)坐(zuo)標(biao)分(fen)別(bie)為（0.0261%,1531.84K)、（0.0259%,1532.26K)、（0.0239%,1532.79K)和(he)（0%,1537.02K),B點(dian)的(de)坐(zuo)標(biao)分(fen)別(bie)為（0.889%,1593.63K)、（0.888%,1594.16K)、（0.890%,1595.75K)和(he)（0.933%,1611.62K),C點(dian)的(de)坐(zuo)標(biao)分(fen)別(bie)為（0.934%,1639.76K)、（0.930%,1639.67K)、（0.926%,1641.78K)和(he)（0.901%,1666.65K).隨著(zhu)壓(ya)(ya)力(li)的(de)增(zeng)加，A和(he)C點(dian)向(xiang)低氮(dan)區(qu)(qu)移動(dong)，B點(dian)向(xiang)高氮(dan)區(qu)(qu)移動(dong)，整個區(qu)(qu)域向(xiang)高溫區(qu)(qu)移動(dong)，且三相共存區(qu)(qu)L+8+y呈(cheng)增(zeng)大趨勢，曲(qu)邊三角(jiao)形(xing)的(de)形(xing)狀逐漸由(you)“?”向(xiang)“Δ”轉變(bian)［137],相轉變(bian)方式逐步(bu)由(you)包晶反(fan)(fan)應（L+δ→y)向(xiang)共晶反(fan)(fan)應（L→8+y)過渡，即當壓(ya)(ya)力(li)分(fen)別(bie)為0.1MPa、10MPa和(he)100MPa時，凝固過程為包晶反(fan)(fan)應，而1000MPa時為共晶反(fan)(fan)應。
為(wei)(wei)了(le)進(jin)一步(bu)說明(ming)壓力(li)對凝(ning)(ning)固(gu)(gu)過程(cheng)中相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)轉(zhuan)變(bian)(bian)的(de)(de)影響規律，19Cr14Mn0.9N 含氮鋼凝(ning)(ning)固(gu)(gu)過程(cheng)中鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)和(he)(he)(he)(he)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)數(shu)(shu)(shu)隨液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)規律如(ru)圖2-94所示(shi)(shi)。在(zai)(zai)0.1MPa、10MPa和(he)(he)(he)(he)100MPa下凝(ning)(ning)固(gu)(gu)時(shi)，鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)數(shu)(shu)(shu)呈(cheng)現(xian)出先增(zeng)大(da)后(hou)減小的(de)(de)趨(qu)勢，拐點分(fen)(fen)別(bie)為(wei)(wei)P1、P2和(he)(he)(he)(he)P3,如(ru)圖2-94(a)所示(shi)(shi)；而(er)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ均(jun)呈(cheng)現(xian)出連續(xu)增(zeng)大(da)的(de)(de)趨(qu)勢。在(zai)(zai)0.1MPa、10MPa和(he)(he)(he)(he)100MPa下鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)數(shu)(shu)(shu)變(bian)(bian)化(hua)拐點P1、P2和(he)(he)(he)(he)P3的(de)(de)溫度(du)分(fen)(fen)別(bie)與奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)出現(xian)位置Q1、Q2和(he)(he)(he)(he)Q3的(de)(de)溫度(du)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)同(tong)，如(ru)圖2-94(b)所示(shi)(shi)。當(dang)(dang)高于(yu)P1(Q1)、P2(Q2)和(he)(he)(he)(he)P3(Q3)的(de)(de)溫度(du)時(shi)，鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)數(shu)(shu)(shu)隨著(zhu)液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)減小而(er)增(zeng)加，此時(shi)無奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ出現(xian)，即(ji)(ji)發(fa)生(sheng)液固(gu)(gu)轉(zhuan)變(bian)(bian)（L→8);當(dang)(dang)低于(yu)P1(Q1)、P2(Q2)和(he)(he)(he)(he)P3(Q3)的(de)(de)溫度(du)時(shi)，鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)數(shu)(shu)(shu)隨著(zhu)液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)減小而(er)減小，而(er)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ逐漸(jian)增(zeng)加，即(ji)(ji)鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8隨著(zhu)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)形(xing)成逐漸(jian)消失，發(fa)生(sheng)包晶反(fan)(fan)(fan)應(ying)（L+8→y);而(er)1000MPa下，鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)(he)(he)(he)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)數(shu)(shu)(shu)均(jun)隨著(zhu)液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)減小而(er)逐步(bu)增(zeng)大(da)，直至凝(ning)(ning)固(gu)(gu)結(jie)束，表(biao)明(ming)鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ和(he)(he)(he)(he)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ幾乎同(tong)時(shi)從液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中析出，即(ji)(ji)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)過程(cheng)發(fa)生(sheng)共晶反(fan)(fan)(fan)應(ying)（L→8+y).這也證明(ming)了(le)隨著(zhu)壓力(li)的(de)(de)增(zeng)加，相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)轉(zhuan)變(bian)(bian)方式(shi)逐漸(jian)由(you)包晶反(fan)(fan)(fan)應(ying)（L+8→y)向共晶反(fan)(fan)(fan)應(ying)（L→8+y)過渡(du)。
19Cr14Mn0.9N含(han)氮(dan)鋼(gang)凝固(gu)過程(cheng)中鐵(tie)(tie)素體相8和奧氏體相γ的(de)單(dan)相區(qu)隨(sui)壓(ya)(ya)力的(de)變(bian)化(hua)規(gui)律如(ru)(ru)圖(tu)(tu)(tu)2-95所示。當壓(ya)(ya)力從0.1MPa增加(jia)到(dao)100MPa時(shi)(shi)，δ/(δ+L)相邊(bian)(bian)界變(bian)化(hua)較(jiao)小(xiao)，8/(δ+γ)相邊(bian)(bian)界整(zheng)體向高(gao)溫端(duan)移動(dong)(dong)，鐵(tie)(tie)素體相8形成區(qu)域逐(zhu)漸減(jian)小(xiao)；當壓(ya)(ya)力進一(yi)步(bu)增加(jia)到(dao)1000MPa時(shi)(shi)，鐵(tie)(tie)素體相8單(dan)相區(qu)幾乎從隨(sui)氮(dan)質量分(fen)數變(bian)化(hua)的(de)垂直(zhi)截面相圖(tu)(tu)(tu)中消(xiao)失，如(ru)(ru)圖(tu)(tu)(tu)2-95(a)所示，即(ji)增加(jia)壓(ya)(ya)力有助于鐵(tie)(tie)素體相δ的(de)消(xiao)失［138].而對于奧氏體相γ,隨(sui)著壓(ya)(ya)力的(de)增加(jia)，γ/(y+L)相邊(bian)(bian)界向高(gao)溫段移動(dong)(dong)，γ/(δ+γ)相邊(bian)(bian)界整(zheng)體向高(gao)氮(dan)區(qu)移動(dong)(dong)，整(zheng)個區(qu)域呈增大趨勢，如(ru)(ru)圖(tu)(tu)(tu)2-95(b)所示。
2. 凝(ning)固(gu)模式(shi)
不銹鋼(gang)的凝(ning)(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)模(mo)式(shi)(shi)根據(ju)凝(ning)(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)初始(shi)(shi)相(xiang)(xiang)的種類和(he)相(xiang)(xiang)轉變類型通常分(fen)(fen)為四類。①F型：L→L+8→8→8+y;②FA型：L→L+8→L+8+Y→8+y;③AF型：L→L+Y→L+y+δ→8+y;④A型：L→L+y→y.凝(ning)(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)模(mo)式(shi)(shi)主要受合金(jin)成分(fen)(fen)和(he)凝(ning)(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)條件(jian)的影響(xiang)，在合金(jin)成分(fen)(fen)一(yi)定的情況(kuang)下(xia)，凝(ning)(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)模(mo)式(shi)(shi)主要由凝(ning)(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)條件(jian)決定。19Cr14Mn0.9N含氮(dan)鋼(gang)在不同壓力(li)下(xia)的凝(ning)(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)變順(shun)序，如圖2-96所示，鐵(tie)素體(ti)相(xiang)(xiang)δ為初始(shi)(shi)相(xiang)(xiang)，即(ji)19Cr14Mn0.9N含氮(dan)鋼(gang)在各壓力(li)下(xia)的凝(ning)(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)模(mo)式(shi)(shi)均(jun)為FA型。以0.1MPa的凝(ning)(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)過(guo)程為例，凝(ning)(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)過(guo)程分(fen)(fen)為三(san)個階段，凝(ning)(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)初期(qi)(qi)，發生L→8相(xiang)(xiang)變反應(ying)；當固(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)質量分(fen)(fen)數升(sheng)至0.05左(zuo)右時(shi)，發生包(bao)晶反應(ying)（L+δ→y),奧氏體(ti)相(xiang)(xiang)γ開始(shi)(shi)形(xing)成，鐵(tie)素體(ti)相(xiang)(xiang)δ逐漸減少，此(ci)時(shi)體(ti)系中固(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)由8和(he)γ共同組(zu)成；在凝(ning)(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)末(mo)期(qi)(qi)，鐵(tie)素體(ti)相(xiang)(xiang)8完全消失，液相(xiang)(xiang)直接轉變為奧氏體(ti)相(xiang)(xiang)γ(L→y),直到凝(ning)(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)結束，凝(ning)(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)結束后，固(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)為單(dan)一(yi)的奧氏體(ti)相(xiang)(xiang)γ.因此(ci)，0.1MPa 下(xia)19Cr14Mn0.9N 含氮(dan)鋼(gang)的凝(ning)(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)變順(shun)序為：L→L+8→L+8+Y→L+Y→Y.
基(ji)于在10MPa、100MPa和1000MPa下19Cr14Mn0.9N含氮鋼凝(ning)固(gu)(gu)相變(bian)順序可知，當壓(ya)力從0.1MPa增(zeng)加到100MPa時(shi)，19Cr14Mn0.9N含氮鋼的凝(ning)固(gu)(gu)模式依舊為(wei)(wei)FA型。然而(er)，當壓(ya)力達(da)到1000MPa時(shi)，凝(ning)固(gu)(gu)過程中(zhong)包晶反應(ying)（L+8→y)轉(zhuan)變(bian)為(wei)(wei)共晶反應(ying)（L→8+y),其相轉(zhuan)變(bian)順序發生明顯變(bian)化，如圖2-96所示(shi)。1000MPa下凝(ning)固(gu)(gu)相變(bian)順序可歸結為(wei)(wei)：L→L+8→L+8+Y→8+γ.
此(ci)外(wai)，當壓(ya)力逐(zhu)漸由(you)(you)(you)0.1MPa增加(jia)至1000MPa時，L→8相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)轉變的溫度區(qu)間由(you)(you)(you)3.86K降(jiang)至0.079K,奧氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ形成(cheng)時的固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)分(fen)數(shu)由(you)(you)(you)0.05降(jiang)至0.00075（圖(tu)2-96),同時相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)中C點（圖(tu)2-93)氮(dan)質量(liang)分(fen)數(shu)由(you)(you)(you)0.934%降(jiang)低至0.901%,固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)分(fen)數(shu)十分(fen)逼近本體(ti)(ti)氮(dan)質量(liang)分(fen)數(shu)0.9%,即L→8相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)轉變區(qu)間基本消失。因(yin)此(ci)，隨著壓(ya)力的增加(jia)，19Cr14Mn0.9N含氮(dan)鋼的凝(ning)固(gu)(gu)模(mo)式呈現由(you)(you)(you)FA型(xing)向A型(xing)轉變的趨勢，這主要是(shi)由(you)(you)(you)于(yu)增加(jia)壓(ya)力有(you)助于(yu)比(bi)體(ti)(ti)積(ji)小的相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)形成(cheng)（γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的比(bi)體(ti)(ti)積(ji)小于(yu)8相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)）,即加(jia)壓(ya)抑制了8相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的形成(cheng)，使凝(ning)固(gu)(gu)模(mo)式發生改(gai)變。
3. 固(gu)／液(ye)相線(xian)
凝(ning)固存(cun)在凝(ning)固潛熱的釋放和(he)體積的收縮，屬于一級相變(bian)，因(yin)而可以采用(yong)克拉佩(pei)龍方(fang)程來描述壓(ya)力與相變(bian)溫度之(zhi)間的關系，即
4. 氮溶解度
溫度(du)(du)(du)(du)是(shi)影響合金體(ti)(ti)系(xi)氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)重要(yao)因(yin)(yin)素之一。從圖2-98中可以看出(chu)，隨(sui)(sui)(sui)著(zhu)液(ye)相(xiang)(xiang)溫度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)(di)，19Cr14MnxN 凝(ning)固(gu)(gu)(gu)過(guo)程中氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)(du)(du)逐(zhu)漸升高，直到溫度(du)(du)(du)(du)降(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)液(ye)相(xiang)(xiang)線（凝(ning)固(gu)(gu)(gu)初期）時(shi)達到一個(ge)峰值（A點(dian)(dian)(dian)）。隨(sui)(sui)(sui)著(zhu)凝(ning)固(gu)(gu)(gu)的(de)(de)(de)進行，發(fa)(fa)生L→8液(ye)固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)轉(zhuan)變，氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)(du)(du)較小的(de)(de)(de)鐵素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)8形成，導致(zhi)了體(ti)(ti)系(xi)的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)(du)(du)迅(xun)速降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)(di)，直到溫度(du)(du)(du)(du)降(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ析出(chu)點(dian)(dian)(dian)（即L+δ→y轉(zhuan)變點(dian)(dian)(dian)），此(ci)時(shi)體(ti)(ti)系(xi)氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)(du)(du)最小（B點(dian)(dian)(dian)），即出(chu)現“鐵素體(ti)(ti)阱（ferrite trap)”［140],如圖2-99所(suo)示。隨(sui)(sui)(sui)著(zhu)凝(ning)固(gu)(gu)(gu)的(de)(de)(de)繼(ji)續(xu)(xu)進行，固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)中鐵素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)8的(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)分數(shu)減小，氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)(du)(du)較大的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ相(xiang)(xiang)應地增(zeng)加，體(ti)(ti)系(xi)氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)(du)(du)又逐(zhu)步(bu)增(zeng)大，直到溫度(du)(du)(du)(du)降(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)線（凝(ning)固(gu)(gu)(gu)結束，即C點(dian)(dian)(dian)）。凝(ning)固(gu)(gu)(gu)結束后，隨(sui)(sui)(sui)著(zhu)溫度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)繼(ji)續(xu)(xu)降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)(di)，體(ti)(ti)系(xi)氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)(du)(du)將(jiang)繼(ji)續(xu)(xu)增(zeng)大，這主要(yao)是(shi)由體(ti)(ti)系(xi)發(fa)(fa)生固(gu)(gu)(gu)固(gu)(gu)(gu)轉(zhuan)變δ→y(C和(he)(he)(he)D點(dian)(dian)(dian)之間）和(he)(he)(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ中氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)(du)(du)隨(sui)(sui)(sui)著(zhu)溫度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)(di)而增(zeng)加（D和(he)(he)(he)E點(dian)(dian)(dian)之間）兩(liang)方面原(yuan)因(yin)(yin)所(suo)導致(zhi)的(de)(de)(de)。此(ci)外，氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)(du)(du)在(zai)C和(he)(he)(he)D點(dian)(dian)(dian)之間的(de)(de)(de)增(zeng)長(chang)速率明(ming)顯(xian)大于(yu)D和(he)(he)(he)E點(dian)(dian)(dian)之間，這主要(yao)歸因(yin)(yin)于(yu)C和(he)(he)(he)D點(dian)(dian)(dian)之間貧氮(dan)相(xiang)(xiang)（鐵素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)8)的(de)(de)(de)消失加速了體(ti)(ti)系(xi)氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)增(zeng)長(chang)。在(zai)整個(ge)凝(ning)固(gu)(gu)(gu)過(guo)程中（A和(he)(he)(he)C點(dian)(dian)(dian)之間），氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)變化(hua)范圍為0.255%~0.648%.由此(ci)可見，在(zai)0.1MPa下，19Cr14Mn鋼中氮(dan)的(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)分數(shu)達到0.9%而不產(chan)生嚴(yan)重的(de)(de)(de)氮(dan)氣孔缺陷，是(shi)很難(nan)實(shi)現的(de)(de)(de)。
0.1MPa、1MPa和(he)2MPa下(xia)19Cr14MnxN氮(dan)溶(rong)(rong)解度(du)隨壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)變化(hua)規律如(ru)圖2-99所示(shi)，0.1MPa下(xia)，氮(dan)溶(rong)(rong)解度(du)隨壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)變化(hua)規律存在(zai)明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)(de)鐵素(su)(su)體(ti)阱(jing)，“鐵素(su)(su)體(ti)阱(jing)”本質(zhi)上(shang)是在(zai)固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)中(zhong)奧氏體(ti)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)元素(su)(su)質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)(de)情況(kuang)下(xia)，鐵素(su)(su)體(ti)相(xiang)(xiang)δ在(zai)凝固(gu)(gu)初期析(xi)出，導(dao)致體(ti)系氮(dan)溶(rong)(rong)解度(du)快速(su)降低(di)的(de)(de)(de)(de)現象；凝固(gu)(gu)過(guo)程(cheng)中(zhong)鐵素(su)(su)體(ti)阱(jing)的(de)(de)(de)(de)出現會(hui)加(jia)劇局(ju)部氮(dan)析(xi)出的(de)(de)(de)(de)趨(qu)(qu)勢，造成(cheng)局(ju)部氮(dan)分(fen)(fen)布均勻性差等缺陷(xian)，更甚者會(hui)導(dao)致大量(liang)氣孔缺陷(xian)的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)，進而(er)影響后續加(jia)工工藝，大幅(fu)度(du)降低(di)了材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)(de)成(cheng)材(cai)(cai)率。然而(er)，隨著壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)增加(jia)，鐵素(su)(su)體(ti)阱(jing)減(jian)小，當壓(ya)力(li)(li)增加(jia)到1MPa時，鐵素(su)(su)體(ti)阱(jing)完全消失，且在(zai)體(ti)系整個凝固(gu)(gu)過(guo)程(cheng)中(zhong)，氮(dan)溶(rong)(rong)解度(du)始終處于增大的(de)(de)(de)(de)趨(qu)(qu)勢。因此，對19Cr14MnxN而(er)言，增加(jia)壓(ya)力(li)(li)能夠有效地增加(jia)體(ti)系氮(dan)溶(rong)(rong)解度(du)，避(bi)免鐵素(su)(su)體(ti)阱(jing)的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)，從而(er)減(jian)小了凝固(gu)(gu)過(guo)程(cheng)中(zhong)氣孔缺陷(xian)的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)趨(qu)(qu)勢。
5. 元素分配系(xi)數
凝固(gu)過程中，合金元素(su)在(zai)固(gu)／液界面處發生質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量分數(shu)的(de)(de)再(zai)分配(pei)，導致了合金元素(su)在(zai)鑄錠(ding)內分布的(de)(de)不均勻性，最終形成偏析(xi)。溶(rong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)再(zai)分配(pei)的(de)(de)程度(du)通常(chang)采用溶(rong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)分配(pei)系數(shu)ko進(jin)行表征(zheng)，即(ji)平(ping)衡凝固(gu)過程中固(gu)相中溶(rong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量分數(shu)Cs與液相中溶(rong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量分數(shu)CL之間比值：
對于(yu)二(er)元合金體(ti)系，溶(rong)質分配(pei)系數(shu)o通常可(ke)以(yi)(yi)由相(xiang)圖中固／液(ye)相(xiang)線斜率獲得；而對于(yu)多元合金體(ti)系，難以(yi)(yi)利(li)用相(xiang)圖進行計(ji)算，但(dan)可(ke)基于(yu)準確可(ke)靠的(de)(de)熱力學數(shu)據，利(li)用溶(rong)質在固／液(ye)相(xiang)中化(hua)學位相(xiang)等的(de)(de)原理進行計(ji)算。由于(yu)19Cr14Mn0.9N含氮鋼凝(ning)固時，固相(xiang)轉(zhuan)變(bian)過(guo)程(cheng)中存在鐵(tie)素體(ti)相(xiang)8和奧氏體(ti)相(xiang)γ共存的(de)(de)階(jie)段(duan)，因而結合凝(ning)固過(guo)程(cheng)中相(xiang)質量分數(shu)以(yi)(yi)及各相(xiang)中元素質量分數(shu)，采用式（2-177)可(ke)計(ji)算各元素的(de)(de)溶(rong)質分配(pei)系數(shu)，即
式中，k為元素(su)i的分配系數；ws和(he)wy分別為鐵素(su)體相(xiang)8和(he)奧氏體相(xiang)γ的質(zhi)量分數；Cs,i和(he)Cy,;分別為元素(su)i在鐵素(su)體相(xiang)8和(he)奧氏體相(xiang)γ中的質(zhi)量分數。
在(zai)0.1MPa下(xia)的(de)(de)凝(ning)固(gu)過(guo)程中(zhong)，19Cr14Mn0.9N含氮(dan)鋼各(ge)元(yuan)(yuan)素(su)(su)溶質分(fen)(fen)配(pei)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)變(bian)化規律如圖2-100所(suo)示。固(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)組成由單(dan)一(yi)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ過(guo)渡到鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ和(he)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ共存時，各(ge)元(yuan)(yuan)素(su)(su)分(fen)(fen)配(pei)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)變(bian)化趨勢出現了明顯的(de)(de)拐點，這主要是由于(yu)(yu)(yu)各(ge)元(yuan)(yuan)在(zai)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)分(fen)(fen)配(pei)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)差異較大(da)。結(jie)合(he)19Cr14Mn0.9N含氮(dan)鋼凝(ning)固(gu)時的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)順(shun)序可(ke)知(zhi)(zhi)，在(zai)凝(ning)固(gu)初期，固(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)為(wei)單(dan)一(yi)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8,鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ中(zhong)各(ge)元(yuan)(yuan)素(su)(su)溶質分(fen)(fen)配(pei)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)分(fen)(fen)別為(wei)：kc(0.092)<kN(0.185)<Mn(0.796)<Mo(0.822)<kGr(0.901)<ksi(0.960).在(zai)凝(ning)固(gu)末期，固(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)為(wei)單(dan)一(yi)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ,奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ中(zhong)各(ge)元(yuan)(yuan)素(su)(su)溶質分(fen)(fen)配(pei)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)分(fen)(fen)別為(wei)：kc(0.347)<kM.(0.634)<N(0.769)<kcr(0.839)<Mn(0.883)<ksi(1.048).由此(ci)可(ke)知(zhi)(zhi)，碳(tan)、氮(dan)、錳和(he)硅在(zai)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ中(zhong)的(de)(de)分(fen)(fen)配(pei)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)大(da)于(yu)(yu)(yu)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8,因而(er)，在(zai)發生L+8→γ轉變(bian)時，鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8減(jian)少，奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ增加，致使碳(tan)、氮(dan)、錳和(he)硅的(de)(de)分(fen)(fen)配(pei)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)隨著液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)分(fen)(fen)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)減(jian)小逐(zhu)漸(jian)增大(da)。而(er)對(dui)于(yu)(yu)(yu)鉬(mu)(mu)和(he)鉻(ge)，它們在(zai)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ中(zhong)的(de)(de)分(fen)(fen)配(pei)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)小于(yu)(yu)(yu)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8,導致鉬(mu)(mu)和(he)鉻(ge)的(de)(de)分(fen)(fen)配(pei)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)隨著液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)分(fen)(fen)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)減(jian)小而(er)逐(zhu)漸(jian)減(jian)小，如圖2-100所(suo)示。
在(zai)10MPa 和(he)100MPa下，各元(yuan)素分(fen)(fen)(fen)配(pei)系數隨液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)量分(fen)(fen)(fen)數的(de)(de)(de)(de)變化規律與0.1MPa的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)同，如(ru)圖2-101所示。而(er)(er)在(zai)1000MPa下，除(chu)凝(ning)固(gu)初期（液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)量分(fen)(fen)(fen)數十分(fen)(fen)(fen)接近(jin)于(yu)1時(shi)）固(gu)相(xiang)(xiang)由單一鐵素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)8組成(cheng)外，在(zai)后續凝(ning)固(gu)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)，由于(yu)發生了共晶(jing)轉變L→y+8,固(gu)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)鐵素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)8和(he)奧氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ的(de)(de)(de)(de)量均隨著液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)量分(fen)(fen)(fen)數的(de)(de)(de)(de)減(jian)小(xiao)而(er)(er)增(zeng)(zeng)大(da)，因而(er)(er)各元(yuan)素分(fen)(fen)(fen)配(pei)系數為平滑曲線(xian)，無明顯拐點出(chu)(chu)現，如(ru)圖2-101所示。此外，隨著壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，鉬和(he)錳的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)配(pei)系數均減(jian)小(xiao)，且錳的(de)(de)(de)(de)減(jian)小(xiao)幅度大(da)于(yu)鉬，因而(er)(er)壓(ya)力(li)(li)有利于(yu)枝晶(jing)間(jian)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)鉬和(he)錳的(de)(de)(de)(de)富(fu)集，進(jin)而(er)(er)加(jia)(jia)劇(ju)(ju)了鉬和(he)錳的(de)(de)(de)(de)微觀(guan)偏(pian)(pian)析，如(ru)圖2-102所示。對于(yu)元(yuan)素碳、氮(dan)和(he)鉻，元(yuan)素分(fen)(fen)(fen)配(pei)系數隨著壓(ya)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)而(er)(er)增(zeng)(zeng)大(da)，且始(shi)終小(xiao)于(yu)1,因而(er)(er)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)壓(ya)力(li)(li)有助于(yu)緩解其在(zai)枝晶(jing)間(jian)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)富(fu)集，從而(er)(er)減(jian)輕碳、氮(dan)和(he)鉻的(de)(de)(de)(de)微觀(guan)偏(pian)(pian)析。對于(yu)硅(gui)(gui)元(yuan)素，壓(ya)力(li)(li)一定時(shi)，凝(ning)固(gu)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)其分(fen)(fen)(fen)配(pei)系數從小(xiao)于(yu)1逐步向(xiang)大(da)于(yu)1過(guo)(guo)渡(du)，使得枝晶(jing)間(jian)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)硅(gui)(gui)的(de)(de)(de)(de)濃度呈(cheng)現出(chu)(chu)先(xian)增(zeng)(zeng)大(da)后減(jian)小(xiao)的(de)(de)(de)(de)趨勢；而(er)(er)當壓(ya)力(li)(li)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)到1000MPa時(shi)，整(zheng)個凝(ning)固(gu)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)硅(gui)(gui)的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)配(pei)系數始(shi)終大(da)于(yu)1,枝晶(jing)間(jian)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)硅(gui)(gui)的(de)(de)(de)(de)濃度隨著液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)量分(fen)(fen)(fen)數的(de)(de)(de)(de)減(jian)小(xiao)而(er)(er)減(jian)小(xiao)，進(jin)而(er)(er)導致(zhi)枝晶(jing)界處貧硅(gui)(gui)，偏(pian)(pian)析加(jia)(jia)劇(ju)(ju)。
6. 元素擴散系數
擴(kuo)(kuo)散是(shi)指晶體中原子（或(huo)離子）由熱運(yun)動產(chan)生(sheng)的(de)(de)遷(qian)移過(guo)(guo)程(cheng)，合(he)金(jin)元(yuan)素的(de)(de)擴(kuo)(kuo)自始至終(zhong)貫穿金(jin)屬或(huo)者合(he)金(jin)發生(sheng)相變(bian)、組織轉(zhuan)變(bian)、結晶和再(zai)結晶等過(guo)(guo)程(cheng)。各元(yuan)素的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散系(xi)數D是(shi)體系(xi)的(de)(de)動態性質(zhi)之一，由菲(fei)克第一定律可(ke)知，擴(kuo)(kuo)散系(xi)數是(shi)元(yuan)素在單位(wei)時(shi)間每(mei)單位(wei)濃度梯(ti)度的(de)(de)條(tiao)件下(xia)沿(yan)擴(kuo)(kuo)散方向垂直通(tong)過(guo)(guo)單位(wei)面(mian)積的(de)(de)質(zhi)量(liang)或(huo)物質(zhi)的(de)(de)量(liang)，可(ke)由阿倫尼烏斯方程(cheng)進行描述，即
式(shi)中(zhong)(zhong)，kb為(wei)(wei)玻爾茲曼常(chang)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)；ΔGm為(wei)(wei)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)激(ji)(ji)活能(neng)(neng)；T為(wei)(wei)溫(wen)度(du)(du)；A為(wei)(wei)常(chang)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)。式(shi)（2-178)適(shi)用于所(suo)有類型的(de)(de)(de)(de)固(gu)態擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)過(guo)程，不(bu)(bu)同(tong)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)(su)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)區(qu)別僅僅在于A和ΔGm的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)。從式(shi)（2-178)可以(yi)看(kan)出，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)隨(sui)著擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)激(ji)(ji)活能(neng)(neng)ΔGm的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)而減小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)；反之，激(ji)(ji)活能(neng)(neng)ΔGm越(yue)小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)，元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)(su)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)越(yue)大(da)，元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)(su)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)越(yue)容易。19Cr14Mn0.9N含(han)氮鋼凝(ning)固(gu)過(guo)程中(zhong)(zhong)鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)8和奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ中(zhong)(zhong)各元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)(su)在不(bu)(bu)同(tong)壓力(li)下(xia)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)如圖2-103所(suo)示(shi)。鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)(su)i(i=碳(tan)(tan)(tan)(tan)、氮、錳、鉬(mu)、鉻和硅）的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)均比(bi)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)大(da)1~2個數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)量級，這主要是(shi)由于奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)晶(jing)(jing)胞（面心立方）的(de)(de)(de)(de)致(zhi)密(mi)度(du)(du)為(wei)(wei)0.74,大(da)于鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)晶(jing)(jing)胞（體(ti)(ti)心立方）的(de)(de)(de)(de)致(zhi)密(mi)度(du)(du)（0.68),而致(zhi)密(mi)度(du)(du)大(da)的(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)體(ti)(ti)結構中(zhong)(zhong)，原(yuan)子(zi)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)激(ji)(ji)活能(neng)(neng)較高(gao)，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)較小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)。此(ci)外，間隙原(yuan)子(zi)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)激(ji)(ji)活能(neng)(neng)均比(bi)置(zhi)換原(yuan)子(zi)的(de)(de)(de)(de)小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)［145],因(yin)此(ci)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)(su)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和氮無論在鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)還(huan)是(shi)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)均比(bi)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)(su)錳、鉬(mu)、鉻和硅的(de)(de)(de)(de)大(da)2~3個數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)量級，如圖2-103所(suo)示(shi)。同(tong)時隨(sui)著壓力(li)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)加，碳(tan)(tan)(tan)(tan)和氮擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)變化量均大(da)于錳、鉬(mu)、鉻和硅；增(zeng)(zeng)(zeng)加壓力(li)減小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)了鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)和奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)氮的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)，抑制了氮的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)；增(zeng)(zeng)(zeng)加壓力(li)減小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)了鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)，但增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)了奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)，加速了其中(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)。因(yin)此(ci)，增(zeng)(zeng)(zeng)加壓力(li)對不(bu)(bu)同(tong)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)(su)在不(bu)(bu)同(tong)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)不(bu)(bu)同(tong)，但總體(ti)(ti)來講(jiang)，壓力(li)對擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)較小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)，在100MPa以(yi)內可以(yi)忽略。
7. 晶(jing)粒形核
a. 臨界形(xing)核半徑
根據經(jing)典(dian)形核理論(lun)可知，均質形核過程中臨形核半(ban)徑r與(yu)相變驅動力ΔGL→S,P之間的關系(xi)為
在(zai)19Cr14Mn0.9N含氮鋼(gang)凝(ning)固(gu)(gu)過程(cheng)中，鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)力可由Thermo-Calc 熱(re)力學(xue)軟(ruan)件進行計算，結(jie)果如圖2-104所示。凝(ning)固(gu)(gu)過程(cheng)中，鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)力的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)化規律(lv)與鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)和(he)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量分(fen)數(shu)基(ji)本相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)同。體(ti)(ti)(ti)系在(zai)0.1MPa、10MPa和(he)100MPa下凝(ning)固(gu)(gu)時(shi)，鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)力隨著液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量分(fen)數(shu)的(de)(de)(de)(de)減(jian)小(xiao)(xiao)呈(cheng)現(xian)出先增大(da)后(hou)減(jian)小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)(de)趨(qu)勢。凝(ning)固(gu)(gu)初期發生(sheng)L→8轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)，鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ為生(sheng)成相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)，其(qi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)隨著凝(ning)固(gu)(gu)的(de)(de)(de)(de)進行而(er)不(bu)斷增大(da)，直至發生(sheng)L+8→γ轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)。此(ci)時(shi)，鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)力達(da)(da)到(dao)峰(feng)(feng)值(zhi)，且壓力越大(da)，鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)力的(de)(de)(de)(de)峰(feng)(feng)值(zhi)越小(xiao)(xiao)，而(er)達(da)(da)到(dao)峰(feng)(feng)值(zhi)時(shi)的(de)(de)(de)(de)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量分(fen)數(shu)越大(da)，因(yin)此(ci)加壓有助于(yu)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)力提前達(da)(da)到(dao)峰(feng)(feng)值(zhi)；隨著凝(ning)固(gu)(gu)的(de)(de)(de)(de)繼續進行，鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ逐步向奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)，其(qi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)力不(bu)斷減(jian)小(xiao)(xiao)，直至鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8消(xiao)失。而(er)凝(ning)固(gu)(gu)壓力為1000MPa時(shi)，鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)力在(zai)整(zheng)個凝(ning)固(gu)(gu)過程(cheng)中呈(cheng)持(chi)續增大(da)的(de)(de)(de)(de)趨(qu)勢。
相(xiang)比(bi)之下，在0.1MPa、10MPa、100MPa和(he)1000MPa的(de)(de)凝固過(guo)程(cheng)中，無(wu)論L→Y、L+8→y,還是L→8+y轉(zhuan)變(bian)(bian)，奧(ao)氏體(ti)相(xiang)γ作為生成相(xiang)，其相(xiang)變(bian)(bian)驅動力變(bian)(bian)化呈(cheng)單調性，均隨著壓力的(de)(de)增加而增大。因(yin)此，增加壓力有助于(yu)提升凝固過(guo)程(cheng)相(xiang)轉(zhuan)變(bian)(bian)趨勢，即均增大了L→8、L→γ以及L+8→y相(xiang)轉(zhuan)變(bian)(bian)過(guo)程(cheng)中生成相(xiang)的(de)(de)相(xiang)變(bian)(bian)驅動力，有利于(yu)促(cu)進19Cr14Mn0.9N含氮鋼凝固過(guo)程(cheng)的(de)(de)進行，這主要是因(yin)為鐵素體(ti)相(xiang)δ和(he)奧(ao)氏體(ti)相(xiang)γ的(de)(de)比(bi)體(ti)積(ji)均小于(yu)液相(xiang)。
根據(ju)式（2-179),不同壓力(li)下晶粒的(de)臨界形核半(ban)徑與相變驅動力(li)的(de)關(guan)系為
b. 形核率(lv)
單位體積液相在單位時間內所形成(cheng)的晶核(he)(he)(he)數目稱為(wei)形核(he)(he)(he)率(lv)，經典(dian)形核(he)(he)(he)理論給出(chu)了形核(he)(he)(he)率(lv)N與擴(kuo)散激活(huo)能(neng)ΔGm和(he)形核(he)(he)(he)功ΔG*之間的關系，即
從式(shi)（2-185)中可(ke)以看出(chu)，形核功(gong)ΔG隨(sui)著(zhu)相變驅動力(li)ΔGL→s,P的增(zeng)大(da)而減小(xiao)，因(yin)此增(zeng)加(jia)(jia)凝固壓(ya)力(li)有利于形核功(gong)ΔG的降低（ΔG+ΔP<ΔG),進而增(zeng)大(da)形核率N.此外(wai)，從壓(ya)力(li)對(dui)擴散(san)(san)系(xi)數的影(ying)響可(ke)以得出(chu)，隨(sui)著(zhu)壓(ya)力(li)的增(zeng)加(jia)(jia)，擴散(san)(san)激活(huo)能(neng)ΔGm的變化(hua)較(jiao)小(xiao)，在較(jiao)低壓(ya)力(li)下，擴散(san)(san)激活(huo)能(neng)ΔG的變化(hua)可(ke)以忽略。結合(he)式(shi)（2-183)可(ke)知，加(jia)(jia)壓(ya)通(tong)過減小(xiao)形核功(gong)ΔG,使得形核率N呈(cheng)指數增(zeng)長，達到細化(hua)晶粒的效果。
8. 密(mi)度和熱膨脹系數
密(mi)度(du)(du)(du)表(biao)(biao)示物質疏密(mi)程(cheng)度(du)(du)(du)，H13密(mi)度(du)(du)(du)隨壓(ya)(ya)(ya)力和(he)溫度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)曲線如圖2-105所示。其中(zhong)，點(dian)S1、E1、B1、L1、S2、E2、B2和(he)L2分(fen)(fen)別(bie)對(dui)應H13凝固過程(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)開始(shi)和(he)結(jie)束點(dian)；S1和(he)S2分(fen)(fen)別(bie)代(dai)表(biao)(biao)不同(tong)(tong)壓(ya)(ya)(ya)力下(xia)H13的(de)(de)(de)固相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)點(dian)；E1和(he)E2分(fen)(fen)別(bie)代(dai)表(biao)(biao)不同(tong)(tong)壓(ya)(ya)(ya)力下(xia)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)L→γ開始(shi)點(dian)；B1和(he)B2分(fen)(fen)別(bie)代(dai)表(biao)(biao)不同(tong)(tong)壓(ya)(ya)(ya)力下(xia)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)L+8→y開始(shi)點(dian)；L1和(he)L2分(fen)(fen)別(bie)代(dai)表(biao)(biao)不同(tong)(tong)壓(ya)(ya)(ya)力下(xia)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)L→8開始(shi)點(dian)，即(ji)H13的(de)(de)(de)凝固開始(shi)點(dian)；L1Lo(0.1MPa、1MPa和(he)2MPa)和(he)L2Lo(1000MPa)表(biao)(biao)示液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)密(mi)度(du)(du)(du)隨溫度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)曲線，相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)應固相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)密(mi)度(du)(du)(du)隨溫度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)曲線分(fen)(fen)別(bie)如線S1So和(he)S2So所示。線L2Lo和(he)L1Lo、S2So和(he)S1So相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)互重合，表(biao)(biao)明壓(ya)(ya)(ya)力從0.1MPa增加至1000MPa時，壓(ya)(ya)(ya)力對(dui)固相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)密(mi)度(du)(du)(du)以(yi)及熱(re)膨(peng)脹系數的(de)(de)(de)影(ying)響幾乎可(ke)以(yi)忽略不計，熱(re)膨(peng)脹系數約為(wei)2x10-4。
S1L1(0.1Mpa、1MPa和2MPa)和S2L2(1000MPa)分別代表不(bu)同壓力(li)下液、δ和γ混(hun)(hun)合(he)相密(mi)度(du)隨溫(wen)度(du)的變化(hua)規律。當(dang)溫(wen)度(du)一定(ding)時，壓力(li)從0.1MPa 增加至1000MPa,混(hun)(hun)合(he)相密(mi)度(du)變化(hua)幅度(du)較大，其(qi)主要原因如下：
a. 加壓提高(gao)(gao)了固（S1→S2)、液(ye)相(xiang)(xiang)溫度(du)（L→L2),使得凝固區間(jian)向高(gao)(gao)溫區移動（S,L1S2L2),進而導致在溫度(du)一定時(shi)，混合相(xiang)(xiang)中(zhong)固相(xiang)(xiang)的體積分數(shu)增大(da)，液(ye)相(xiang)(xiang)體積分數(shu)相(xiang)(xiang)應減小。
b. 混合相中，固相密度（8和γ)大于液相密度，且隨壓力(li)的變化幅度較小。
此外，凝固過(guo)程中(zhong)（S1L1和S2L2),密度的波動主要由相變(bian)(bian)（L→y;L+δ→Y和L→8)導致(zhi)(zhi)各相體(ti)積分(fen)數變(bian)(bian)化所導致(zhi)(zhi)。
9. 焓、凝(ning)固(gu)潛(qian)熱(re)(re)以(yi)及比熱(re)(re)
焓為熱力學(xue)中表(biao)示物(wu)質系統能量狀態(tai)的一個狀態(tai)參數，每千克物(wu)質的焓為比焓，即
式中，h為比焓(han)；m為質量；U為內能(neng)；P為壓(ya)(ya)力(li)(li)；V為體(ti)積。由式（2-186)可(ke)知(zhi)，當內能(neng)和質量一定(ding)時(shi)，比焓(han)h與PV成正(zheng)比。當壓(ya)(ya)力(li)(li)小于1000MPa時(shi)，加壓(ya)(ya)對液相和固相密度的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)幾乎(hu)可(ke)以忽略不(bu)計，因而對體(ti)積的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)微乎(hu)其微。那么，比焓(han)主(zhu)要受壓(ya)(ya)力(li)(li)的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)，當壓(ya)(ya)力(li)(li)從0.1MPa增加至1000MPa時(shi)，比焓(han)明(ming)顯增大，但當壓(ya)(ya)力(li)(li)低于2MPa時(shi)，比焓(han)幾乎(hu)保持不(bu)變(bian)，如(ru)圖2-106所示。在凝固過程(cheng)中（L1S1和L2S2),當溫度一定(ding)時(shi)，H13整個(ge)熱(re)力(li)(li)學體(ti)系的(de)(de)比焓(han)隨壓(ya)(ya)力(li)(li)的(de)(de)變(bian)化趨勢(shi)非常復雜，主(zhu)要原因如(ru)下(xia)：
a. 凝固過程(cheng)中存在凝固潛熱(re)的釋(shi)(shi)放(fang)，且(qie)潛熱(re)釋(shi)(shi)放(fang)與固相體積分數(shu)直接相關(guan)。
b. 當溫(wen)度一定時，固(gu)相體積分數隨不同壓力的變化而變化。
根據比焓隨溫(wen)度(du)的(de)變(bian)化曲線，可得H13的(de)凝固潛熱為(wei)221.3kJ/kgl1511;由比焓溫(wen)度(du)變(bian)化曲線的(de)斜(xie)率可得，液、固相(xiang)比熱分比為(wei)822.8J/(kg·K)和679.5J/(kg·K).當壓(ya)力(li)低于1000MPa時(shi)，凝固潛熱，液、固相(xiang)比熱隨壓(ya)力(li)的(de)變(bian)化均可忽略不計(ji)，如圖2-106所示。
