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高压—底吹氮法高氮钢精炼热力学实验研究

赵定国  
【摘要】: 高氮钢具有高强度、良好的韧性、抗均匀腐蚀、抗局部腐蚀(如点蚀,缝隙腐蚀等)性能,优异的性能勿庸置疑。冶炼过程中氮的加入是难点所在。由Sieverts定律可知,高压可以提高钢中氮的含量,采用底吹氮气后,使高压法在较短时间内冶炼出高氮钢成为可能。氮是唯一的气体合金元素,也是最廉价的合金元素,以氮代镍,是含氮钢生产中重点研究开发的一项新技术。 对钢中氮的溶解反应进行了热力学影响因素的分析。确定了高压下通过底吹氮气向钢中加氮是可行的,改进了自主设计的主体实验设备高温高压反应釜和坩埚熔炼装置,冶炼出了含氮量大于0.9%的高氮无镍奥氏体不锈钢。通过控制反应釜内高压气氛和底吹氮气进行了正交实验,研究了熔炼过程中不同温度、压力、合金元素的种类和含量等热力学因素对钢中氮含量的影响。为防止氮在冷凝过程中逸出而形成气泡及保证氮在钢中的均匀分布,在凝固过程中始终保持高的气氛压力。实验结果与热力学分析有较好的吻合。 结果表明,热力学影响因素中压力对高氮钢中氮含量的影响最大,合金次之,合金Cr的影响大于合金Mn,温度的影响最小。在0.5MPaP2.0MPa压力范围内,钢中氮含量随着压力的升高而增大;当17%w[Cr]20%、17.1%w[Mn]20.1%时,钢中的氮含量随着Cr、Mn含量增加而上升;在1860KT1950K温度范围内,钢中氮含量随着温度的升高而降低。分析实验数据,建立了钢液中氮含量的计算式。利用公式计算出1550℃时18Cr-18Mn钢中氮含量达到0.9%~1.0%需要的压力条件是1.14MPa~1.42MPa。


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