许舒亚 - 高氮钢的研究

图中有较大的单一γ相区。

2 高氮钢平衡相图与成分优化平衡相图对高氮钢的开发具有非常

图1 含氮、碳奥氏体钢的自由电子浓度

Fig. 1 Concentration of free electrons in nitrogen and carbon austenitic steels

义,人们可根据平衡相图确定所需的高氮钢组织对应的化学成分以及热处理温度等条件。鉴于实验测定高氮钢平衡相图非常繁杂,用热力学软件计算是一较好选择。

Hertzman 和J ar 于1987 年即对Fe2Cr2N 系的平衡相图进行了评价, Frisk 又对该相图进行了修正。Fe2N 相图中的“γ环”随氮的增加而急剧扩大,奥氏体区域也变宽了, 特别是在高温区,见图2[7 ,8 ] 。图2 中的水平线表示三相平衡。Tschipt2schin 也用

ThermoCalc 计算了Fe2Cr2N 体系在

1 273 K,011 MPa 氮氛分中的等温截面见图3 。图2

图2 用ThermoCalc 计算的Fe2Cr2N相图

Fig. 2 Calculated Fe2Cr2N phase diagram using

ThermoCalc database

图3 用ThermoCalc 计算的Fe2Cr2N体系在011 MPa 氮气氛中1 273 K的等温截面图

Fig. 3 Isothermal section of Fe2Cr2N phase diagram at 1 ,273 Kand 0. 1 MPa

中的水平线表示三相平衡。Tschipt schin[也用ThermoCalc 计算了Fe2Cr2N 体系在1 273 K, 011MPa 氮气氛中的等温截面见图3 。根据这些相图可知,钢的渗氮取决于合金成分、氮活度(分压) 和温度。当然,也可用其预测氮化合金的组成。

图4 是Cr18Mn18C、Cr18Mn18N 、Cr18Mn18(C + N) 体系的相图。

从图中看出,Cr18Mn18C 系(a) 在任何温度和碳质量分数下都没有单相奥氏体区, 较大的区域是奥氏体和碳化物共存; 而Cr18Mn18N (b) 由于氮取代碳可得到较大的单相奥氏体区,如果冷却速度足够快使其迅速通过敏感温度区间,奥氏体组织即可保持到室温;C + N 混合合金化也使单相奥氏体区扩展,进一步提高奥氏体钢的热力学稳定性。

图4 Cr18Mn18C( a) 、Cr18Mn18N( b) 、Cr18Mn18( C+ N) ( c) 体系的平衡相图

Fig. 4 Equilibrium phase diagram of Cr18Mn18C( a) 、Cr18Mn18N( b) 、Cr18Mn18( C+ N) ( c) systems 多年来,Scheffler 图一直被用来根据合金的铬当量和镍当量划分各种相区的边界。最初该图的目的是表示焊接金属的结构,而且在如何计算铬当量和镍当量上还有争论。

图5 给出了1 373 K 奥氏体和铁素体相界与铬当量和镍当量关系的目前最好的表达。该图基于3种独立的考证: ①热力学计算; ②从1 373 K 淬冷的不锈钢观察到的组织结构; ③来自有关学者的数据。铬当量和镍当量根据文献。从图5 发现,大多数商品化的奥氏体不锈钢的镍当量都是仅稍高于奥氏体边界线,这当然是出于尽可能用最少的镍,因为镍的主要甚至唯一的作用就是使不锈钢成为奥氏体。图5 所