D0I:10.13374/i.issnl00103.2009.s1.028 第31卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.31 Suppl.1 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2009 含氮316L不锈钢氮合金化工艺研究 崔衡) 董志平)时颜林)李实2) 杜建新)刘竑2) 包燕平) 1)北京科技大学治金工程研究院，北京1000832)宝山钢铁股份有限公司不锈钢事业部，上海200431 摘要在常压和真空条件下研究了温度与氨分压对316L不锈钢中氨溶解度的影响，钢中氨的溶解度随着温度的降低而升 高，随着氮分压的增大而增大·建立了316L不锈钢氨溶解度热力学计算模型，不同吹氮条件下氮溶解度实测值与热力学模型 计算值较吻合·在1773~1873K条件下，生产控氮型316L不锈钢，氮分压要控制在6~28kPa以上：生产中氨型316L不锈 钢，氮分压要控制在22~101kPa以上.常压下吹氯10min,钢液含氨量即可超过0.10%. 关键词氮溶解度：热力学计算：316L不锈钢 Study on the nitrogen alloying process of nitrogen-contained 316L stainless steel CUI Heng).DONG Zhi-ping2).SHI Yan-lin),LI Shi2).DU Jian-xin).LIU Hong2),BAO Yan-ping) 1)Engineering Research Institute,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Baoshan Iron Steel Co.Ltd.,Stainless Steel Branch,Shanghai 200431.China ABSTRACT The influences of liquid steel temperature and nitrogen partial pressure on the nitrogen solubility in 316L stainless steel under normal atmosphere and vacuum were studied.The nitrogen solubility increased with decreasing the liquid steel temperature or increasing the nitrogen partial pressure.A thermodynamic model was developed to calculate the nitrogen solubility in 316L stainless steel,and the calculated results were in coincidence with the measurement results under different nitrogen blowing processes.At 1773 to 1873K,the nitrogen partial pressure must be over 6-28 kPa to produce 316LN (N:0.05%-0.10%,mass fraction.so as the follows).and must be over 22-101kPa to produce 316LN (N:0.10%-0.0%).The nitrogen content was over 0.01%in the condition of nitrogen blowing for 10 min under normal atmosphere. KEY WORDS nitrogen solubility:thermodynamic calculation:316 L stainless steel 近年来大量研究发现，某些不锈钢中含有一定 生产控氨型不锈钢和中氨型不锈钢】.高氨不锈 量的氨后，可大幅度提高其某些性能】，而且不锈 钢的生产必须在加压氨气氛下进行 钢中的氮可部分甚至全部代替昂贵的镍，经济效益 316L不锈钢属于超低碳钢，一般需经V0D炉 显著，含氨不锈钢已成为冶金行业关注的热点问题 处理，这使得深真空脱碳与VOD吹氮成为一对矛 之一 盾，本文通过热力学计算和实验室实验研究氨在 目前应用的含氮不锈钢可分为控氮型([N]为 316L不锈钢中的溶解行为，以期为制定V0D生产 0.05%~0.10%(质量分数，下同)、中氮型([N]为 含氮316L不锈钢氮合金化工艺提供指导. 0.10%~0.40%)和高氮型([N]大于0.40%)三种. 含氮不锈钢的氨合金化工艺基本可以分为2类：一 1氮316L不锈钢中溶解度的热力学计算 类是用富氮合金（如氨化铬、氮化硅、氮化锰、氮化 氮在铁液中的溶解反应为： 铁)等进行合金化，其优点是钢中氮含量较易精确控 2N2=[N] (1) 制，其缺点是富氨合金昂贵、生产成本高：另一类是 用氨气增氨，通过向钢液中吹氮进行合金化，可以 则平衡常数KN为： 收稿日期：2009-08-01 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划资助项目(2006BAE03A06) 作者简介：崔衡(978一)，男，博士，E-mail:cuiheng@nercar-ustb.edu,cn含氮316L 不锈钢氮合金化工艺研究 崔 衡1） 董志平2） 时颜林1） 李 实2） 杜建新1） 刘 2） 包燕平1） 1） 北京科技大学冶金工程研究院‚北京100083 2） 宝山钢铁股份有限公司不锈钢事业部‚上海200431 摘 要 在常压和真空条件下研究了温度与氮分压对316L 不锈钢中氮溶解度的影响‚钢中氮的溶解度随着温度的降低而升 高‚随着氮分压的增大而增大．建立了316L 不锈钢氮溶解度热力学计算模型‚不同吹氮条件下氮溶解度实测值与热力学模型 计算值较吻合．在1773～1873K 条件下‚生产控氮型316L 不锈钢‚氮分压要控制在6～28kPa 以上；生产中氮型316L 不锈 钢‚氮分压要控制在22～101kPa 以上．常压下吹氮10min‚钢液含氮量即可超过0∙10％． 关键词 氮溶解度；热力学计算；316L 不锈钢 Study on the nitrogen alloying process of nitrogen-contained316L stainless steel CUI Heng 1）‚DONG Zh-i ping 2）‚SHI Y an-lin 1）‚LI Shi 2）‚DU Jian-xin 1）‚LIU Hong 2）‚BA O Y an-ping 1） 1） Engineering Research Institute‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China 2） Baoshan Iron ＆ Steel Co．Ltd．‚Stainless Steel Branch‚Shanghai200431‚China ABSTRACT T he influences of liquid steel temperature and nitrogen partial pressure on the nitrogen solubility in316L stainless steel under normal atmosphere and vacuum were studied．T he nitrogen solubility increased with decreasing the liquid steel temperature or increasing the nitrogen partial pressure．A thermodynamic model was developed to calculate the nitrogen solubility in316L stainless steel‚and the calculated results were in coincidence with the measurement results under different nitrogen blowing processes．At1773 to1873K‚the nitrogen partial pressure must be over6－28kPa to produce316LN （N：0∙05％－0∙10％‚mass fraction‚so as the follows）‚and must be over22－101kPa to produce316LN （N：0∙10％－0∙40％）．T he nitrogen content was over 0∙01％ in the condition of nitrogen blowing for10min under normal atmosphere． KEY WORDS nitrogen solubility；thermodynamic calculation；316L stainless steel 收稿日期：2009-08-01 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划资助项目（2006BAE03A06） 作者简介：崔 衡（1978－）‚男‚博士‚E-mail：cuiheng＠nercar．ustb．edu．cn 近年来大量研究发现‚某些不锈钢中含有一定 量的氮后‚可大幅度提高其某些性能［1－2］‚而且不锈 钢中的氮可部分甚至全部代替昂贵的镍‚经济效益 显著．含氮不锈钢已成为冶金行业关注的热点问题 之一． 目前应用的含氮不锈钢可分为控氮型（［N ］为 0∙05％～0∙10％（质量分数‚下同））、中氮型（［N ］为 0∙10％～0∙40％）和高氮型（［N］大于0∙40％）三种． 含氮不锈钢的氮合金化工艺基本可以分为2类：一 类是用富氮合金（如氮化铬、氮化硅、氮化锰、氮化 铁）等进行合金化‚其优点是钢中氮含量较易精确控 制‚其缺点是富氮合金昂贵、生产成本高；另一类是 用氮气增氮．通过向钢液中吹氮进行合金化‚可以 生产控氮型不锈钢和中氮型不锈钢［3－4］．高氮不锈 钢的生产必须在加压氮气氛下进行． 316L 不锈钢属于超低碳钢‚一般需经 VOD 炉 处理‚这使得深真空脱碳与 VOD 吹氮成为一对矛 盾．本文通过热力学计算和实验室实验研究氮在 316L 不锈钢中的溶解行为‚以期为制定 VOD 生产 含氮316L 不锈钢氮合金化工艺提供指导． 1 氮316L 不锈钢中溶解度的热力学计算 氮在铁液中的溶解反应为： 1 2 N2＝［N］ （1） 则平衡常数 K N 为： 第31卷 增刊1 2009年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31Suppl．1 Dec．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．s1．028