高氮钢是一类新型的高合金马氏体、奥氏体或双相钢，固溶态含氮量高达0.9%。它们适用于不锈钢工具和轴承，化学工程和高强度非磁性元件。 将氮溶解到钢中与碳相反，氮是一种挥发性元素，因此需要采取特殊措施才能溶解在熔体中。第一种是合金化。氮溶解度的增加顺序为元素Xi = N、C、Si、Al、Ni、Co、Cu/W、Mo、Mn、Cr、Nb、V、Ti，斜方向由排斥元素变为吸引元素。Nb、V、Ti在奥氏体中的溶解度乘积为氮溶解度较低时，氮溶解度主要以Cr为基础，大部分合金转移到不锈钢范围。第二种措施是通过施加氮气压力，进一步提高熔体的氮气含量。加压电渣重熔(PESR)在商业上可生产重达20吨的钢锭。第三种措施是利用奥氏体中氮的高吸收率。分别对钢粉进行固态氮化处理，然后进行热等静压(HIP)压实。这允许最高的氮含量，例如，在不锈钢粉末冶金(PM)工具钢中，含有耐磨损的NbN氮化物嵌入马氏体基体。如果在空气中的氮气分压下进行，第二和第三种措施可能导致钢中氮的含量高于在淬火或固溶退火温度下的溶解度。 合金氮的相互作用因此，合金氮与炉内气氛或真空的相互作用可能与碳有很大不同，需要特别注意。首先，我们要看看钢表面和周围大气之间的热力学平衡。接下来，整个横截面的相变动力学是有意义的，以避免例如脆化沉淀。这对于不锈钢奥氏体钢尤其重要，因为不锈钢奥氏体钢的碳含量通常很低，但氮含量可能高达0.9%。最后，还必须考虑HNS在热处理过程中体积的预期变化和抗氧化性，并与相应的碳级进行比较。 热力学因素氮浓度在高氮钢的制造过程中，钢中溶解的[N]含量与分压pN处于平衡状态2在大气中的浓度是½N2= [N]。 这个方程式的反应常数与自由能有关 
在平衡情况下，哪个变成了零 
活性氮如上所述，氮A氮的活性由合金化和吸引元件Xi的钢中的氮气活性系数的浓度[n]倍表示。后者由负交互参数描述了第一项的符号以正面变为正。因此，如Cr和Mn等元素抬起[n] pN2．对于这些元素，解决方案的标准热量ΔH0，是负的，如果第三项的温度T升高，则导致[N]下降。最后一项包含了标准熵的变化ΔS和气体常数R。 (1)式与碳级[C]的主要区别在于[N]的压力依赖性明显。不锈钢在真空炉中得到了令人满意的热处理，而高氮钢则会产生氮的溢出。如果后者在1bar压力的纯氮中处理，N的解离2低至700°C，相当于屏蔽气氛。超过900°C N2随着(1)的第1至3项由给定的钢和温度所设定，除了一些狭窄的参数范围外，氮的渗出或注入很容易发生。因此，最安全的方法是计算给定钢在要求温度下与[N]平衡时所需的PN2。然而，这意味着对于pN2> 1 bar压力室使用，而在pN2< 1巴总压下用氩气稀释也是可行的。淬火或固溶退火的温度越低，施加的压力就越小。 氧对含碳、含氮钢的影响即使在炉气氛内的氧气的小活性，高Cr含量的钢在热处理过程中倾向于氧化。在不锈钢碳等级中，碳也被氧化导致脱碳和裂缝在其出路上由一氧化碳分子引起的鳞片化和裂缝。在高氮钢中不是那么尺度不受武装并粘附在钢表面上。但是，在近地表区域中，氮含量被发现在可用的P的氮含量之上N2在水垢/钢界面上指向较高的aN，这可能是由钢内部氧化层的氮置换所支撑的。表1给出了空气中固溶退火的一个例子，分别是在等效p的氮气中N2= 0.8酒吧。而后者处理满足计算的N含量，除了扰动的表面膜，前者大大超出计算。 解氮化纯N之间的平衡2在近净形零件的外壳中，也使用不锈钢表面有意溶解[N]。这种新的热处理称为溶液氮化，在1100±50°C的温度和0.1 < p的压力下进行N2< 3条。在~24小时后，得到的外壳深度约为3mm。溶液氮化的目的是将传统不锈钢的外壳转化为高氮钢。根据钢的类型，淬火过程中会形成硬质马氏体(用氮或高强度但有韧性的奥氏体进行表面硬化)。IPSEN国际公司推出了solniti - m和solniti - a这两个商品名称，瑞士Gerster AG公司正在提供商业上的新工艺。 运动注意事项如上所示，高氮钢除了其他元素之外，还需要高Cr含量以影响构造和性质。在高合金钢中的扩散延迟。图。图2总结了不同钢的温度和合金含量对氮气扩散系数的影响。间质氮是比几个数量级的取代元件更快。
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图1所示。温度对纯铁和不锈钢中氮扩散系数的影响。 |
供暖的重要性
在加热过程中，高合金钢中析出相和其他相变的溶解是缓慢的，需要足够的保温时间。对于高Cr和C含量的马氏体钢，人们很清楚这一现象。在不同的高氮钢中，在淬火之前必须溶解Cr氮化物而不是Cr碳化物，预计差异不大。不锈钢奥氏体钢和双相钢通常具有较低的间隙含量，而在这方面高氮钢则有很大的不同。它们需要更长的时间才能达到均匀分布，如在氮化物溶解后的Cr原子，这是高耐腐蚀的先决条件。 冷却的重要性在冷却过程中，高氮钢的高间隙含量在临界冷却时间t时容易引起氮化物的析出8／5超过800 ~ 500℃的冷却时间。如果在奥氏体化过程中所有的氮化物都溶解了，那么在冷却过程中没有留下用于沉淀的核，首先会出现晶界的装饰，然后是M2N片层不连续地成长为奥氏体晶粒。由此产生的组织称为“氮珠光体”。为了提高韧性和耐腐蚀性能，氮化物必须通过淬火来软化。 结垢尺度和间隙元素的相互作用已在前面讨论过。在不锈钢中，密集的氧化铬形成一个屏障，阻止氧和金属离子的迁移，并阻碍碳和氮级的氧化。比较两种类型的不锈钢，氮似乎提高了耐结垢性。(质量%)Cr9W2Mo0.5V0.2Nb和0.045 N的马氏体抗蠕变钢，后者在500 - 900°C和104小时的空气中，重量增加显著减少。排气阀门用(质量%)0.5C + 0.5 N与0.9 N的不锈钢奥氏体钢的交换提高了850°C和~500小时的抗氧化性。因此，在空气中重组分的热处理过程中，Cr阻碍了材料的结垢损失，而N明显地进一步阻碍了材料的结垢。 失真术语畸变包括形状或尺寸的变化和尺寸稳定性。第一部分主要取决于工件的形状、取料、装载、支撑和淬火等外部参数，不锈钢碳级和氮级之间的差异不大。然而，尺寸的变化依赖于热处理过程中体积的内部、微观结构和热变化。由于高合金钢的加热和冷却速率相对较低，因此热应力与尺寸有关，不锈钢碳级和氮级之间的差异也不大。然而，由相变引起的体积变化必然是不同的。 马氏体不锈钢以马氏体不锈钢为例，碳与氮的交换提高了Cr原子的短程原子有序度，稳定了奥氏体相，从而使硬化后的高氮钢的残余奥氏体(RA)含量更高，尺寸更小。因此，为了降低RA，需要在450°C左右的二次硬化范围内进行深度冻结和回火。Cr15Mo1C0.3N0.4等PESR钢中类C+N钢的有序度和RA含量最高，如不锈钢轴承。在450°C回火后，马氏体高氮钢在室温或稍微升高的温度下使用时，易于显示良好的尺寸稳定性。由于导致二次硬化的氮化物析出物在Cr中没有富集，因此耐蚀性得以保留。相比之下，由于回火温度较低，在使用过程中由于延迟沉淀或RA转变造成的体积变化较小，可能会损害尺寸的稳定性。奥氏体不锈钢通常间隙含量低。各高氮钢含有高达0.9质量%的氮，但主要部分在热加工后的缓慢冷却过程中以氮化物的形式析出。Cr16Mn14Mo3N0.9的PESR钢就是一个例子，用于高强度、无磁性的固定环，用来固定发电机的接线。溶液退火需要稍微增加体积，因此应该在最终加工前进行，这是一个常见的程序，尽管。 结论与传统不锈钢相比，高氮级不锈钢在热处理过程中表现不同。 一种）如果分压为pN2在给定温度下，炉内气氛与钢的合金浓度不平衡。 b)如果超过临界冷却时间，氮化物即将发生脆性沉淀。 c)对于高氮钢，显示缩放速率降低。与通常遇到的脱碳化相反，在空气中高温处理后，在与氧化物层相邻的钢表面中观察到氮化。 d)在马氏体钢中，高残余奥氏体含量影响变形。二次硬化增强了HNS的尺寸稳定性。 |