Thermodynamic investigation of the austenite and the delta ferrite in the system Fe-Cr-Mn-N

摘要

The nitrogen solubility was measured in a wide range of temperatures including both the austenitic and the ferritic phase of iron-chromium-manganese alloys. The mass contents of the samples were 6.0 to 20.5% Cr and 5.7 to 16.6% Mn. Parameters describing the austenite and the delta ferrite in the system Fe-Cr-Mn-N were calculated analyzing all available experimental data. This evaluation yielded an improvement of the known parameters describing the austenitic phase by means of the regular solution model. At the first time, accurate thermodynamic parameters describing the delta phase both in the systems Fe-Mn-N and Fe-Cr-Mn-N could be deduced. By means of the phase diagram program package PD-pp the austenite-delta ferrite phase boundaries of the investigated alloys were calculated. They were compared with experimentally determined temperatures and nitrogen concentrations in the two-phase region. There is a good correspondence between theory and experiment. Using published data describing the melt a calculation of phase diagrams in the high temperature region can be performed.%In einem großen Temperaturbereich sowohl des austenitischen als auch des ferritischen Bereiches von Eisen-Chrom-Mangan-Legierungen mit Massengehalten zwischen 6,0 und 20,5% Cr und 5,7 bis 16,6% Mn wurde die Stickstofflöslichkeit gemessen. Unter Nutzung aller verfügbaren experimentellen Daten wurden Parameter zur Beschreibung des Austenits und des Delta-Ferrits im System Fe-Cr-Mn-N berechnet. Diese Auswertung führte zu einer Verbesserung der bekannten Parameter zur Beschreibung der Austenit-Phase auf der Basis des regulären Lösungsmodells. Erstmals konnten genaue thermodynamische Parameter zur Beschreibung der Delta-Phase in den Systemen Fe-Mn-N und Fe-Cr-Mn-N abgeleitet werden. Mit dem Programmpaket PD-pp wurden die Phasengrenzen zwischen Austenit und Delta-Ferrit für die untersuchten Legierungen berechnet. Sie wurden mit experimentell gemessenen Temperaturen und Stickstoffkonzentrationen verglichen. Die Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment ist gut. Unter Einbeziehung publizierter Daten für die Schmelze können Phasendiagramme im Bereich hoher Temperaturen berechnet werden.