采用合金元素强化的含氮马氏体不锈钢具有良好的综合性能。本文通过分析马氏体不锈钢氮含量热力学,建立了氮在钢液中的溶解度模型。采用不同的熔炼工艺制备了不同氮含量的马氏体不锈钢,验证了氮元素在钢液中理论计算模型的正确性,并优化了熔炼工艺参数。研究了氮强化马氏体不锈钢的强化机理,通过对氮强化马氏体不锈钢的微观组织和力学性能的实验分析得到了验证。 在中频感应炉中影响氮含量溶解度的决定因素是氮元素的化学势。若保护气体为氮气则氮溶解度的决定因素即为氮气分压。并且随着氮气分压的增加氮元素的溶解度增加,从而不锈钢的含氮量增加,可以熔炼出不同含氮量的不锈钢。建立了氮元素在钢液中的溶解度模型,理论值与计算值基本吻合。 含氮马氏体不锈钢的正火态微观组织为板条状马氏体,并且在基体上存在大量的位错。随着氮含量的增加,位错塞积加剧。氮原子以间隙原子形式处于晶格中,氮含量的增加导致间隙原子的增多,相变过程中位错钉扎作用越大,造成大量的位错。 在热处理条件下,钒元素与氮、碳元素结合在基体上以碳氮化钒析出。对马氏体不锈钢起到析出强化的作用,提高马氏体不锈钢的强度。通过理论分析建立了钒元素在马氏体不锈钢中的固溶度模型。随着温度的急剧下降导致碳氮化钒在基体中大量的析出,对马氏体不锈钢的强化作用效果越明显,并且碳氮化钒相使含氮马氏体不锈钢的中温回火脆性提高了100℃。 含氮量为0.06%含钒0.27%的马氏体不锈钢屈强比达到0.85;抗拉强度达到1050MPa,屈服强度达到900MPa。并且随着回火温度的改变屈强比变化不大,具有良好综合性能。