第36卷第11期 北京科技大学学报 Vol.36 No.11 2014年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2014 含氮不锈钢凝固模式及显微组织研究 房 菲，李静媛，王一德 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:lijy@usth.cd血.cn 摘要研究了四种不同N含量的18Mnl8CrN不锈钢的凝固模式、显微组织和元素分布.结果表明：N含量影响18Mnl8CrN 合金系的凝固模式和显微组织.氮的质量分数由0.07%增加至0.72%时，实验钢的凝固模式由F模式转变为A模式，显微组 织由铁素体和奥氏体魏氏两相组织转变为铁素体和奥氏体两相组织以及单相奥氏体组织.N含量影响奥氏体相形貌，随N含 量增加，奥氏体由板条状、针状转变为枝晶间和等轴状.枝晶间和等轴状奥氏体晶粒中存在褶皱形貌，且随着氮含量增加，褶 皱数量增多.褶皱的产生与凝固过程中奥氏体相内部e、M、Cr元素的偏析有关，且该凝固偏析被保留至室温组织中 关键词不锈钢：氮含量：凝固：显微组织：偏析 分类号TG142.71 Solidification mode and microstructure of nitrogenous stainless steels FANG Fei,LI Jing-yuan,WANG Yi-de School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:lijy@ustb.edu.cn ABSTRACT This article reports the solidification mode,microstructure,and element distribution of phases in 18Mn18CrN stainless steels with four kinds of N contents.N content significantly affects the solidification mode and microstructure of 18Mn18CrN alloy systems.The solidification mode of 18Mnl8CrN stainless steels changes from Mode F to A as the N content increases from 0.07%to 0.72%.Additionally,the microstructure of 18Mn18CrN stainless steels changes from ferrite austenite Widmanstatten dual-phase structure to ferrite austenite dual-phase structure and a single phase of austenite as the N content increases.N content also affects the morphologies of austenitic phases.The lath-ike or needle-like austenite phase changes into interdendritic and equiaxed austenite phases with the increase of N content.Ridges are present in interdendritic and equiaxed austenite grains,and the amount of ridges increases as the N content increases.There is a relationship between the ridges and the segregation of Cr,Mn and Fe elements in aus- tenite phases during the solidification process.Moreover,this solidification segregation is retained to room temperature microstructure. KEY WORDS stainless steel;nitrogen content:solidification:microstructure:segregation 奥氏体不锈钢的凝固模式按照凝固初相和凝固 转变.很多学者研究了冷却速率对奥氏体不锈 反应的不同分为以下四种：铁素体模式(F模式)、铁 钢凝固模式及凝固组织中铁素体相形貌的影 素体-奥氏体模式(FA模式)、奥氏体-铁素体模式 响D-).Suutala网指出快速冷却改变钢的凝固模式， (AF模式)和奥氏体模式(A模式)O.凝固模式主 促使不锈钢由FA模式向AF模式和A模式转变. 要取决于钢的化学成分和凝固条件-.对于Fe一 张有余等可指出当凝固模式为FA模式时，奥氏体 Cr-Ni三元合金体系，可以采用Schaeffler组织图或 不锈钢连铸坯由表层至中心层，由于冷却速率不断 DeLong组织图对凝固模式进行预测，增加Ni和Cr 减小，δ铁素体相的形态分别呈骨架形、侧板条状和 当量的比值Ni,/Cra,凝固模式由F模式向A模式 蠕虫状.邓宝柱0指出N改变316L不锈钢焊缝凝 收稿日期：2014-07-21 基金项目：“十二五”国家科技支撑计划资助项目(2012BAE04B02):国家自然科学基金资助项目(51174026) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.010:http://journals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 11 期 2014 年 11 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 11 Nov． 2014 含氮不锈钢凝固模式及显微组织研究 房 菲，李静媛，王一德 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083  通信作者，E-mail: lijy@ ustb． edu． cn 摘 要 研究了四种不同 N 含量的 18Mn18CrN 不锈钢的凝固模式、显微组织和元素分布． 结果表明: N 含量影响 18Mn18CrN 合金系的凝固模式和显微组织． 氮的质量分数由 0． 07% 增加至 0. 72% 时，实验钢的凝固模式由 F 模式转变为 A 模式，显微组 织由铁素体和奥氏体魏氏两相组织转变为铁素体和奥氏体两相组织以及单相奥氏体组织． N 含量影响奥氏体相形貌，随 N 含 量增加，奥氏体由板条状、针状转变为枝晶间和等轴状． 枝晶间和等轴状奥氏体晶粒中存在褶皱形貌，且随着氮含量增加，褶 皱数量增多． 褶皱的产生与凝固过程中奥氏体相内部 Fe、Mn、Cr 元素的偏析有关，且该凝固偏析被保留至室温组织中． 关键词 不锈钢; 氮含量; 凝固; 显微组织; 偏析 分类号 TG 142. 71 Solidification mode and microstructure of nitrogenous stainless steels FANG Fei，LI Jing-yuan ，WANG Yi-de School of Materials Science and Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: lijy@ ustb． edu． cn ABSTＲACT This article reports the solidification mode，microstructure，and element distribution of phases in 18Mn18CrN stainless steels with four kinds of N contents． N content significantly affects the solidification mode and microstructure of 18Mn18CrN alloy systems． The solidification mode of 18Mn18CrN stainless steels changes from Mode F to A as the N content increases from 0. 07% to 0. 72% ． Additionally，the microstructure of 18Mn18CrN stainless steels changes from ferrite + austenite Widmansttten dual-phase structure to ferrite + austenite dual-phase structure and a single phase of austenite as the N content increases． N content also affects the morphologies of austenitic phases． The lath-like or needle-like austenite phase changes into interdendritic and equiaxed austenite phases with the increase of N content． Ｒidges are present in interdendritic and equiaxed austenite grains，and the amount of ridges increases as the N content increases． There is a relationship between the ridges and the segregation of Cr，Mn and Fe elements in aus￾tenite phases during the solidification process． Moreover，this solidification segregation is retained to room temperature microstructure． KEY WOＲDS stainless steel; nitrogen content; solidification; microstructure; segregation 收稿日期: 2014--07--21 基金项目: “十二五”国家科技支撑计划资助项目( 2012BAE04B02) ; 国家自然科学基金资助项目( 51174026) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 11． 010; http: / /journals． ustb． edu． cn 奥氏体不锈钢的凝固模式按照凝固初相和凝固 反应的不同分为以下四种: 铁素体模式( F 模式) 、铁 素体-奥氏体模式( FA 模式) 、奥氏体–铁素体模式 ( AF 模式) 和奥氏体模式( A 模式) ［1］． 凝固模式主 要取决于钢的化学成分和凝固条件［2--4］． 对于Fe-- Cr--Ni 三元合金体系，可以采用 Schaeffler 组织图或 DeLong 组织图对凝固模式进行预测，增加 Ni 和 Cr 当量的比值 Nieq /Creq，凝固模式由 F 模式向 A 模式 转变［5--6］． 很多学者研究了冷却速率对奥氏体不锈 钢凝固模式及凝固组织中铁素体相形貌的影 响［7--9］． Suutala［8］指出快速冷却改变钢的凝固模式， 促使不锈钢由 FA 模式向 AF 模式和 A 模式转变． 张有余等［9］指出当凝固模式为 FA 模式时，奥氏体 不锈钢连铸坯由表层至中心层，由于冷却速率不断 减小，δ 铁素体相的形态分别呈骨架形、侧板条状和 蠕虫状． 邓宝柱［10］指出 N 改变 316 L 不锈钢焊缝凝