第11期 房菲等：含氨不锈钢凝固模式及显微组织研究 ·1495· (a) 图示 L ·先结品8相 残留8枝晶 包晶反应生成的Y相 液相生成的Y相 图618Ml8C0.34N钢奥氏体内褚皱形成示意图.(a)铁素体相形核：(b)包品反应：(c)凝固末期奥氏体相形核 Fig.6 Schematic of austenitic ridges forming in 18Mn18Cr.34N steel:(a)ferrite phase nucleation:(b)peritectic reaction:(e)austenite phase nucleation at the final stage of solidification 0.34%时，实验钢中奥氏体褶皱形貌明显增多.图7 1500 为Thermo-eale软件计算所得含18%Cr、l8%Mn 1450 和0.02%C(质量分数)的Fe一N伪二元相图.从 相图可知，氮质量分数由0.24%变化至0.34%时， 1400 L+6 18Mnl8CrN钢凝固模式不改变，均为FA模式.但 是，随着N含量增加，L→δ和L+δ→Yy相变量减 1350 L+8+y 少，而L→y相变量增多.因此，褶皱形貌增多 1300 根据N质量分数为0.72%的4实验钢显微组 织可知，其由单相奥氏体组成，即以奥氏体相作为凝 1250 8 024 0.3u 固初晶相，并稳定存在直至凝固结束.该奥氏体相 全部是由钢液直接生成(L→γ)，因此奥氏体相内合 12000 0.1 0.2030.40.50.6 、质量分数缘 金元素分布不均匀，存在褶皱形貌，且褶皱形貌最 图7实验钢的Fe-N伪二元相图 多.本实验四种氮含量的实验钢中均未发现凝固模 Fig.7 Fe-N pseudo binary phase diagrams of the tested steel 式为AF模式的实验钢，AF模式的18Mnl8Cr实验 钢中氮质量分数在0.34%~0.72%之间. 为枝晶间和等轴状的奥氏体组织. (2)18Mnl8CrN实验钢凝固模式为F模式时， 3结论 其奥氏体相晶粒表面平整，无褶皱形貌：实验钢凝固 (1)18Mnl8CrN不锈钢中N质量分数由 模式为FA和A模式时，其奥氏体相中存在山脊状 0.07%增加至0.72%时，凝固模式由F向FA和A 褶皱形貌，褶皱呈树枝状分布于奥氏体相内，与奥氏 模式转变，显微组织由铁素体+奥氏体魏氏两相组 体基体之间无晶界或相界.随着实验钢中N含量增 织转变为铁素体+奥氏体两相组织以及奥氏体单相 加，奥氏体相内褶皱形貌数量增多. 组织.其中奥氏体相由板条状或针状魏氏组织转变 (3)奥氏体相中褶皱形貌产生与凝固过程中奥第 11 期 房 菲等: 含氮不锈钢凝固模式及显微组织研究 图 6 18Mn18Cr0. 34N 钢奥氏体内褶皱形成示意图． ( a) 铁素体相形核; ( b) 包晶反应; ( c) 凝固末期奥氏体相形核 Fig． 6 Schematic of austenitic ridges forming in 18Mn18Cr0. 34N steel: ( a) ferrite phase nucleation; ( b) peritectic reaction; ( c) austenite phase nucleation at the final stage of solidification 0. 34% 时，实验钢中奥氏体褶皱形貌明显增多． 图 7 为 Thermo-calc 软件计算所得含 18% Cr、18% Mn 和 0. 02% C ( 质量分数) 的 Fe--N 伪二元相图． 从 相图可知，氮质量分数由 0. 24% 变化至 0. 34% 时， 18Mn18CrN 钢凝固模式不改变，均为 FA 模式． 但 是，随着 N 含量增加，L→δ 和 L + δ→γ 相变量减 少，而 L→γ 相变量增多． 因此，褶皱形貌增多． 根据 N 质量分数为 0. 72% 的 4# 实验钢显微组 织可知，其由单相奥氏体组成，即以奥氏体相作为凝 固初晶相，并稳定存在直至凝固结束． 该奥氏体相 全部是由钢液直接生成( L→γ) ，因此奥氏体相内合 金元素分布不均匀，存在褶皱形貌，且褶皱形貌最 多． 本实验四种氮含量的实验钢中均未发现凝固模 式为 AF 模式的实验钢，AF 模式的 18Mn18Cr 实验 钢中氮质量分数在 0. 34% ～ 0. 72% 之间． 3 结论 ( 1 ) 18Mn18CrN 不 锈 钢 中 N 质 量 分 数 由 0. 07% 增加至 0. 72% 时，凝固模式由 F 向 FA 和 A 模式转变，显微组织由铁素体 + 奥氏体魏氏两相组 织转变为铁素体 + 奥氏体两相组织以及奥氏体单相 组织． 其中奥氏体相由板条状或针状魏氏组织转变 图 7 实验钢的 Fe--N 伪二元相图 Fig． 7 Fe--N pseudo binary phase diagrams of the tested steel 为枝晶间和等轴状的奥氏体组织． ( 2) 18Mn18CrN 实验钢凝固模式为 F 模式时， 其奥氏体相晶粒表面平整，无褶皱形貌; 实验钢凝固 模式为 FA 和 A 模式时，其奥氏体相中存在山脊状 褶皱形貌，褶皱呈树枝状分布于奥氏体相内，与奥氏 体基体之间无晶界或相界． 随着实验钢中 N 含量增 加，奥氏体相内褶皱形貌数量增多． ( 3) 奥氏体相中褶皱形貌产生与凝固过程中奥 · 5941 ·