高压凝固高氮钢铸锭质量研究

发布时间：2017-04-13 12:13

  本文关键词：高压凝固高氮钢铸锭质量研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高氮钢中氮作为重要的合金化元素之一,能够很好的改善其力学性能,如屈服强度和抗拉强度,以及抗磨损抗腐蚀性能,而这些有益作用均取决于氮在钢中的存在形式：淬火处理后氮保留在固溶体中或者回火处理后氮均匀析出形成细小的铬氮化物颗粒。如果析出形成氮气孔,就会影响钢锭致密度,降低抗点蚀性能。目前国内外研究高氮钢一般在低压或常压下渗氮或熔炼,而对高压条件下的研究较少。高压冶金作为高氮钢未来发展的重要方向之一,研究高压凝固条件下铸锭的质量尤为重要。高氮钢中固溶氮强烈影响着钢材的力学性能,氮化物形态及含量则影响着其耐磨、耐腐蚀性能。本论文是在高压氮气氛下,对钢液凝固过程中氮的行为及凝固铸锭的组织及氮的分布进行研究分析。运用FactSage热力学软件对Cr12N系合金的高压相图进行了计算,计算结果与高压凝固实验结果吻合。随着氮气压力的提高,氮在凝固初期的最小溶解度和奥氏体中的最大溶解度增大,达到0.6MPa后增速降低。γ和gas+δ相区面积与(?)呈线性关系,1.8MPa下含气相区较0.1MPa缩小90%,凝固过程气体析出将显著减少。高压凝固过程的变化取决于固相、氮化铬和氮气之间的平衡,高压稳定了CrN相,使其首先析出。通过对Cr12N钢的高压凝固模拟计算得出,压力对钢中氮的分布有重要的影响,氮气分压提高,钢中氮的浓度分布更加均匀,并理论分析了随压力的提高,氮的迁移变化机理。钢中氮的分布与溶质分配系数有很大的关系,利用FactSage软件计算了氮在Cr12N凝固过程中的平衡分配系数：k1.0MPa=0.00006T+0.1948, k1.6MPa=0.0002T-0.0068 (ω[C]=0.14%);k1.0MPa=-0.0074T+11.2155, k1.6MPa=-0.0081T+12.1863(ω[C]=0.14%).通过对高压凝固得到的Cr12N钢锭分析得出,高压使沿晶界析出的网状碳化物碎化,奥氏体晶粒细化。随着压力增加,基体固溶氮含量增加,钢中总氮含量增加,同时提高其强度、硬度和耐磨耐蚀性,改善综合性能。低碳时钢锭发生正偏析,高碳时发生负偏析。本题的研究为提高高氮钢铸锭的质量提供重要理论依据。
【关键词】：Cr12N钢 高压凝固 铸锭质量 FactSage Procast
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF77;TG142.3
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-8
• 引言8-9
• 第1章 文献综述9-23
• 1.1 高氮铁素体钢概述9-13
• 1.1.1 高氮铁素体钢的定义9
• 1.1.2 氮在铁素体钢中的作用9-12
• 1.1.3 氮在马氏体钢中的作用12
• 1.1.4 高氮铁素体钢的应用12-13
• 1.2 高压对合金凝固的影响13-17
• 1.3 铸造凝固数值模拟的研究进展17-19
• 1.4 氮在钢中的存在形态19-22
• 1.4.1 铁素体高氮钢的显微组织特点19-20
• 1.4.2 氮的存在形态20-22
• 1.5 课题研究的目的及意义22-23
• 第2章 Cr12N高压相图计算23-33
• 2.1 氮在固相中的行为研究23-25
• 2.2 研究方案25
• 2.3 高压凝固相平衡的计算及分析25-30
• 2.3.1 压力对Fe-12%Cr-N系相图的影响25-27
• 2.3.2 Cr12N合金高压凝固行为的讨论分析27-29
• 2.3.3 高压实验结果对比29-30
• 2.4 Cr12N实验钢的伪二元平衡相图及实测相变点30-32
• 2.4.1 相图30-31
• 2.4.2 实测相变点31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 Cr12N钢高压凝固过程氮的分布模型建立33-42
• 3.1 凝固过程的控制方程33-34
• 3.2 氮在高压条件下的偏析及析出模型34-35
• 3.3 高压下溶质分配系数的计算35-37
• 3.3.1 FactSage计算准确性对比35-36
• 3.3.2 氮压对N平衡分配系数的影响36-37
• 3.4 钢液压力凝固模型及参数设定37-39
• 3.5 凝固压力对氮的分布的影响39-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第4章 Cr12N钢高压凝固试验研究42-54
• 4.1 试验目的及内容42-44
• 4.2 试验方案44-45
• 4.3 压力对Cr12N钢铸态组织的影响45-49
• 4.3.1 组织形貌45-48
• 4.3.2 物相分析48-49
• 4.4 压力对Cr12N钢中析出物析出的影响49-50
• 4.5 高压下钢锭中氮的存在形态及分布50-53
• 4.5.1 压力对固溶氮的影响50-52
• 4.5.2 单个高压铸锭不同位置氮含量的变化52-53
• 4.6 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-59
• 致谢59-60
• 导师简介60-61
• 作者简介61-62
• 学位论文数据集62

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