Cr12N钢高压凝固过程中气泡析出行为研究

摘要

高氮钢作为一种新型工程材料，具有非常优良的机械性能、抗腐蚀性等。但实现高氮钢的工业化生产，还有许多需要解决的问题，如在熔炼过程中怎么将大量的氮渗入到钢液中，在凝固过程中怎么将氮保留在固相中不析出来成为气泡。目前的条件下，生产氮含量较高的不锈钢在凝固过程中氮很容易偏析和析出，严重影响铸锭的质量和性能，因而对高氮钢凝固过程中的气泡析出行为研究具有非常重要的意义。　　河北联合大学对高氮钢的研究已经十多年，目前可以生产出氮含量高于1％的奥氏体高氮钢和高于0.3%的铁素体高氮钢。在高压冶炼条件下冶炼铁素体高氮钢时，由于没有采用分阶段控制压力方法，铸锭偏析和气泡析出现象严重。　　从理论分析和实验研究两个方面，对Cr12N高氮钢在高压凝固过程中的气泡析出行为进行分析。通过分析铸锭凝固过程中氮的偏析，得出氮元素很容易在凝固前沿富集，尤其是在树枝晶间富集，造成气泡容易在这些地方生成。在高压条件下，树枝晶间的气泡被挤压出来，减少了气泡驻留机会。凝固终了时，氮平衡凝固分压最大，当凝固时的最小压力大于凝固终了时的平衡氮分压时，可以保证凝固过程中不析出气泡。　　结合凝固过程需要更高氮分压理论，开展了熔炼压力为0.3MPa，凝固压力为0.8MPa、1.0MPa、1.6MPa和熔炼压力为0.6MPa，凝固压力为1.0MPa、1.2MPa、1.4MPa、1.6MPa的实验。实验结果表明，提高了凝固压力后铸锭质量明显提高，用光学显微镜观察气泡并统计其分布情况，得出随凝固压力的增加，直径小于5μm的气泡增多，直径大于20μm的气泡数量明显下降。根据实验提供的热力学和动力学数据，对凝固压力模型计算并用实验结果验证。当熔炼压力0.3MPa凝固压力1.6MPa时可以观察到铸锭质量非常好。

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引言

第1章 文献综述

1.1 铁素体高氮钢概述

1.2 高压冶金概述

1.3 氮在固相中的溶解度及作用

1.4 凝固过程中气泡行为研究

1.5 本课题研究内容

第2章 高氮钢高压凝固过程中气泡析出行为

2.1 高压凝固过程分析

2.2 高压凝固过程中氮的偏析

2.3 高压凝固过程中气泡析出机理

2.4 Cr12N钢凝固压力模型

2.5 小结

第3章 Cr12N钢高压凝固实验研究

3.1 实验目的

3.2 实验设备和工艺流程

3.3 实验内容和方案

3.4 实验结果

3.5 小结

第4章 Cr12N钢高压铸锭分析

4.1 Cr12N钢高压铸锭中氮气泡分析

4.2 Cr12N钢高压铸锭中气泡分布规律

4.3 Cr12N钢高压铸锭中气泡含量与氮含量比较

4.4 基于气泡理论的高压凝固氮含量模型

4.5 Cr12N钢凝固压力模型的验证

4.6 小结

结论

参考文献

致谢

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