高壓底吹氮法高氮鋼冶金動力學(xué)基礎(chǔ)研究.pdf

1、氮含量超過大氣壓下溶解度極限的含氮鋼稱為高氮鋼.與常規(guī)鋼種相比,高氮鋼的性能、質(zhì)量有著顯著的改善.它具有良好的韌性,并兼有高的強度、耐腐蝕性、耐磨損性,蠕變性能和疲勞強度也明顯改善.在20世紀80年代,國外相繼開發(fā)了高壓等離子弧熔煉、增壓電渣重熔法、反壓鑄造法以及粉末冶金等高氮鋼冶煉工藝,但中國在這方面的工作相對比較落后.為認識高氮鋼的潛力,探索中國高氮鋼走向大規(guī)模生產(chǎn)的可能性,該論文從熱力學(xué)方面進行提高鋼中氮含量的理論分析,建立高壓底

2、吹氮條件下的高氮鋼增氮動力學(xué)模型,研究影響鋼液增氮的動力學(xué)因素,探索適用于工業(yè)生產(chǎn)的高氮鋼熔鑄技術(shù).研究表明,利用高壓條件下底吹氮氣的方法冶煉高氮鋼是一種可行的方法.從合金成分的影響看,元素碳、硅、硫、磷等元素使氮溶解度降低,元素鉻、錳、釩等使氮溶解度提高.氮在液態(tài)鐵合金中的溶解度隨溫度變化存在折點,在不同相(奧氏體,鐵素體,熔體)中具有不同的變化規(guī)律,但總的趨勢是氮溶解度隨溫度升高而增大.一般認為,高氮鋼中氮的溶解度隨壓力提高而增大.

3、在低壓范圍內(nèi),溶解度遵循Sieverts平方根定律,而對較高合金含量和高壓下的高氮合金來說,氮的溶解度與Sieverts定律稍有偏差,可用鉻當(dāng)量法對氮含量與壓力的關(guān)系進行預(yù)測.通過分析影響鋼液增氮速率的控制環(huán)節(jié),建立了高壓底吹氮氣條件下高氮鋼的增氮動力學(xué)模型.由模型可知,傳質(zhì)系數(shù)和攪拌功率存在正比關(guān)系,增大底部吹氣量可以創(chuàng)造良好的動力學(xué)條件,增大氣泡彌散程度,增加氣液接觸面積,縮短物質(zhì)傳輸距離,進而提高鋼液的吸氮速率.氧、硫在鋼液中的活