1、高氮鋼是近年來隨著冶金科技的進步而出現(xiàn)的一種新型工程材料。高氮鋼具有優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的耐腐蝕性能,因而受到國內(nèi)外的廣泛重視。對于高氮不銹鋼的熔煉工藝而言,除了保證氮進入不銹鋼熔體外,還必須保證氮在其凝固過程中固溶在合金體系中,避免偏析和形成氣孔。氮含量較高的不銹鋼在凝固過程中容易發(fā)生氮的偏析和析出,導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)氣孔而報廢,已經(jīng)成為影響高氮鋼產(chǎn)業(yè)化進程的嚴(yán)重制約因素,因而對于高氮鋼凝固過程中偏析和析出行為的理論研究具有十分重要的現(xiàn)實意

2、義。
　　 東北大學(xué)電冶金實驗室在真空感應(yīng)爐內(nèi)冶煉的高氮鋼的N含量已經(jīng)能夠達到1.0以上,但是冶煉出的鋼錠往往偏析和析出現(xiàn)象嚴(yán)重,有較多的氣孔產(chǎn)生,需要經(jīng)過電渣重熔工藝才能得到合格的鋼錠,這樣大大提高了成本,而且生產(chǎn)周期變長,不利于高氮鋼的產(chǎn)業(yè)化,為此電冶金實驗室開發(fā)了加壓感應(yīng)爐和加壓電渣爐等加壓冶金設(shè)備來生產(chǎn)高氮鋼,但生產(chǎn)工藝還處于摸索階段,需要完備成熟的理論體系進行支撐。
　　 本課題利用Pro Engineer軟件

3、和PROCAST軟件作為工具,分別對20千克小鋼錠和1.7噸大鋼錠進行了澆注過程和凝固過程的模擬,得到了流場、溫度場、壓力場等的動態(tài)變化過程。凝固數(shù)值模擬技術(shù)利用計算機技術(shù)能夠可視化的顯示鑄造全過程,對凝固缺陷,凝固時間,缺陷位置等進行估測,能夠利用計算機進行預(yù)牛產(chǎn),避免工藝設(shè)計的盲目性,縮短新工藝的設(shè)計周期和設(shè)計成本,提高新產(chǎn)品開發(fā)效率。結(jié)合PROCAST數(shù)值模擬結(jié)果,分析了澆注溫度、凝固壓強、凝固速度因素對凝固過程的影響。
　

4、　 通過分析凝固過程中偏析的因為和液態(tài)金屬對流產(chǎn)生的因為,討論了合金成分、氮含量、氮分壓以及凝固條件等因素對氮偏析的影響規(guī)律。根據(jù)枝晶間液態(tài)金屬流動時的質(zhì)量守恒和溶質(zhì)守恒,使用區(qū)域宏觀偏析預(yù)測數(shù)學(xué)模型()g1/()C1=-(1-K/1-β)(1+v()T/ε)g1/C1對加壓感應(yīng)爐冶煉的20千克小鋼錠和文獻中報道的1.7噸大鋼錠宏觀偏析程度進行了預(yù)測,預(yù)測結(jié)果顯示20千克小鋼錠幾乎沒有宏觀偏析,1.7噸大鋼錠宏觀偏析現(xiàn)象明顯,這與實驗

5、檢測結(jié)果一致。
　　 通過分析鋼液吸氮,析氮的過程和影響因素,得到了氣泡形成和長大的條件,并結(jié)合氮在液相和固相中的溶解度公式,建立了高氮鋼中氮析出的控制方程,通過MATLAB數(shù)值運算程序,計算得到高氮鋼凝固過程中防止氣泡析出所需的最小凝固壓強。冶煉實驗表明在加壓感應(yīng)爐內(nèi)冶煉高氮鋼時,由于凝固壓強高于最小凝固壓強,冶煉出的鋼錠沒有氣泡析出；而在真空感應(yīng)爐內(nèi)冶煉高氮鋼時,由于凝固壓強低于最小凝固壓強,X射線探傷結(jié)果表明鋼錠有大量氣泡