在(zai)加(jia)壓(ya)(ya)(ya)冶(ye)煉(lian)過程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)，壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)控制對(dui)保障高(gao)氮鋼(gang)具備致密(mi)的(de)(de)(de)(de)宏觀組織和(he)(he)(he)優異性能(neng)尤為重(zhong)要。目前，經證實，壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)主要通過兩(liang)種(zhong)(zhong)方(fang)式對(dui)凝(ning)固過程(cheng)(cheng)(cheng)和(he)(he)(he)組織產(chan)生(sheng)影響：一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)方(fang)式是(shi)宏觀尺(chi)度(du)上機(ji)械作用導(dao)致的(de)(de)(de)(de)物理變(bian)化(hua)，如(ru)改變(bian)鑄錠和(he)(he)(he)鑄型間的(de)(de)(de)(de)熱交(jiao)換、冷(leng)卻速(su)率以及充(chong)型過程(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)控制等，另一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)方(fang)式是(shi)微觀尺(chi)度(du)上的(de)(de)(de)(de)熱力(li)(li)(li)學(xue)和(he)(he)(he)動(dong)力(li)(li)(li)學(xue)參(can)(can)數變(bian)化(hua)，壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)作為基(ji)本熱力(li)(li)(li)學(xue)參(can)(can)數之(zhi)一(yi)(yi)，對(dui)有氣相(xiang)參(can)(can)與(yu)的(de)(de)(de)(de)冶(ye)金反應(ying)和(he)(he)(he)凝(ning)固過程(cheng)(cheng)(cheng)具有十分重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)影響；增(zeng)加(jia)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)在(zai)提(ti)高(gao)冶(ye)金反應(ying)速(su)率的(de)(de)(de)(de)同時，能(neng)夠顯著增(zeng)加(jia)鋼(gang)液中(zhong)氮、鈣(gai)和(he)(he)(he)鎂的(de)(de)(de)(de)溶解度(du)，提(ti)高(gao)其(qi)收得率，進而(er)充(chong)分發揮其(qi)凈化(hua)鋼(gang)液或合金化(hua)作用；在(zai)低壓(ya)(ya)(ya)凝(ning)固過程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)，壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)對(dui)相(xiang)圖、凝(ning)固熱力(li)(li)(li)學(xue)和(he)(he)(he)動(dong)力(li)(li)(li)學(xue)參(can)(can)數的(de)(de)(de)(de)影響可以忽略不計，但在(zai)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)下，相(xiang)圖、凝(ning)固熱力(li)(li)(li)學(xue)和(he)(he)(he)動(dong)力(li)(li)(li)學(xue)參(can)(can)數隨之(zhi)發生(sheng)改變(bian)，進而(er)改變(bian)常規(gui)條件(jian)下的(de)(de)(de)(de)凝(ning)固模(mo)式，從而(er)有利(li)于一(yi)(yi)些新相(xiang)或新材料結構的(de)(de)(de)(de)生(sheng)成。

  壓(ya)力對(dui)材(cai)料組(zu)織和(he)性能(neng)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)已經(jing)引起了廣(guang)泛關(guan)(guan)注，自諾(nuo)貝(bei)爾(er)獎獲得(de)者Bridgman 開展相關(guan)(guan)研究以來,材(cai)料熱力學(xue)和(he)動(dong)(dong)力學(xue)參數(shu)隨壓(ya)力的(de)(de)(de)變化規律就已經(jing)得(de)到了大量研究,這(zhe)些(xie)研究主要(yao)采用(yong)相圖計算（calculation of phasediagram,CALPHAD)的(de)(de)(de)方(fang)(fang)式(shi)完成，且(qie)主要(yao)集中在有(you)色金(jin)屬合金(jin)材(cai)料方(fang)(fang)面，如(ru)Bi-Sb、Al-Ge、Al-Si、Al-Zn和(he)Cd-Zn等;所研究的(de)(de)(de)熱力學(xue)和(he)動(dong)(dong)力學(xue)參數(shu)主要(yao)包括相圖、摩爾(er)體積、共晶(jing)(jing)溫(wen)度、初始轉變相類型、共晶(jing)(jing)點成分、晶(jing)(jing)粒形核以及擴(kuo)散系數(shu)等方(fang)(fang)面。研究表明，高壓(ya)下（數(shu)量級約為10GPa)的(de)(de)(de)熱力學(xue)和(he)動(dong)(dong)力學(xue)參數(shu)與(yu)常壓(ya)下存在明顯差(cha)異,而這(zhe)些(xie)差(cha)異有(you)助于闡明壓(ya)力對(dui)組(zu)織的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)機理。

  同樣，在壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)影(ying)響鋼鐵(tie)(tie)熱力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)和(he)(he)動力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)參(can)數(shu)方(fang)面(mian)，有研(yan)究(jiu)人員初步探討了(le)鋼鐵(tie)(tie)材料在高壓(ya)(ya)下的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)轉變(bian)、固(gu)／液相(xiang)(xiang)線溫度和(he)(he)擴散系(xi)(xi)數(shu)等(deng)(deng)。所選體系(xi)(xi)有Fe-C和(he)(he)Fe-Mn-C(高錳(meng)鋼）等(deng)(deng)。高壓(ya)(ya)下的(de)(de)(de)Fe-C相(xiang)(xiang)圖見圖2-91,隨著壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)增(zeng)大，鐵(tie)(tie)素(su)體相(xiang)(xiang)α和(he)(he)δ區域不斷(duan)減小，奧氏(shi)體相(xiang)(xiang)γ區域不斷(duan)增(zeng)大，當(dang)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)增(zeng)加至2000MPa時，鐵(tie)(tie)素(su)體相(xiang)(xiang)α和(he)(he)8區域幾(ji)乎消失(shi)。但與(yu)有色金屬方(fang)面(mian)相(xiang)(xiang)比，壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)對(dui)鋼鐵(tie)(tie)材料的(de)(de)(de)凝(ning)固(gu)相(xiang)(xiang)組成、熱力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)和(he)(he)動力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)參(can)數(shu)方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)依然十分(fen)(fen)(fen)貧瘠。本節(jie)將(jiang)以(yi)含氮鋼（19Cr14Mn0.9N)和(he)(he)H13分(fen)(fen)(fen)別(bie)討論(lun)，壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)對(dui)凝(ning)固(gu)過程中相(xiang)(xiang)變(bian)、熱力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)（相(xiang)(xiang)質量(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)、凝(ning)固(gu)模式、固(gu)／液相(xiang)(xiang)線、體系(xi)(xi)氮溶解度、相(xiang)(xiang)變(bian)驅(qu)動力(li)(li)(li)(li)(li)(li)和(he)(he)分(fen)(fen)(fen)配系(xi)(xi)數(shu)等(deng)(deng)）和(he)(he)動力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)參(can)數(shu)（擴散系(xi)(xi)數(shu)）的(de)(de)(de)影(ying)響規(gui)律，從而系(xi)(xi)統論(lun)述(shu)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)對(dui)鋼鐵(tie)(tie)材料凝(ning)固(gu)熱力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)和(he)(he)動力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)影(ying)響規(gui)律。

1. 凝固相變

  相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)(tu)(tu)是用來(lai)表征相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)平衡系(xi)統的(de)(de)(de)(de)組成與熱力(li)學(xue)參(can)數(shu)(shu)(shu)（如溫度(du)(du)和壓(ya)力(li)）之(zhi)間(jian)(jian)關(guan)系(xi)的(de)(de)(de)(de)一(yi)種圖(tu)(tu)(tu)(tu)形，它可以提供壓(ya)力(li)和其他(ta)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)關(guan)熱力(li)學(xue)參(can)數(shu)(shu)(shu)之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)關(guan)系(xi)，這些熱力(li)學(xue)參(can)數(shu)(shu)(shu)包(bao)含了(le)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)轉變(bian)(bian)溫度(du)(du)和元素的(de)(de)(de)(de)平衡分(fen)配系(xi)數(shu)(shu)(shu)等。因此，相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)(tu)(tu)是探(tan)討壓(ya)力(li)對熱力(li)學(xue)參(can)數(shu)(shu)(shu)影響規律的(de)(de)(de)(de)基礎。19Cr14Mn0.9N含氮鋼在(zai)0.1MPa 下(xia)隨(sui)氮質(zhi)量分(fen)數(shu)(shu)(shu)變(bian)(bian)化的(de)(de)(de)(de)垂(chui)直截面(mian)(mian)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)(tu)(tu)中凝固(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)的(de)(de)(de)(de)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)域如圖(tu)(tu)(tu)(tu)2-91(a)所(suo)示。圖(tu)(tu)(tu)(tu)中存在(zai)七個相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)，分(fen)別(bie)(bie)為三(san)個單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)：液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)L、鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)y;三(san)個兩(liang)(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)：L+8、L+Y和8+γ;一(yi)個三(san)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)共(gong)存區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)L+8+γ.三(san)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)共(gong)存區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)L+8+γ是一(yi)個曲邊三(san)角(jiao)(jiao)形，三(san)個頂點（A、B和C)分(fen)別(bie)(bie)與三(san)個單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)（鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8、奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ和液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)L)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)接(jie)，且居(ju)中的(de)(de)(de)(de)單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)（奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ)位于三(san)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)下(xia)方。根據(ju)曲邊三(san)角(jiao)(jiao)形的(de)(de)(de)(de)判定原則［137,三(san)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)內發生了(le)包(bao)晶反應：L+δ→Y;三(san)個兩(liang)(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)（L+8、L+y和8+γ)分(fen)別(bie)(bie)發生了(le)L→8、L→y和δ→y.在(zai)10MPa和100MPa下(xia)，隨(sui)氮質(zhi)量分(fen)數(shu)(shu)(shu)變(bian)(bian)化的(de)(de)(de)(de)垂(chui)直截面(mian)(mian)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)(tu)(tu)分(fen)別(bie)(bie)如圖(tu)(tu)(tu)(tu)2-92(b)和（c)所(suo)示，對比可以看出，10MPa和100MPa下(xia)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)(tu)(tu)中的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)數(shu)(shu)(shu)量和類型與0.1MPa的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)同，而1000MPa下(xia)，隨(sui)氮質(zhi)量分(fen)數(shu)(shu)(shu)變(bian)(bian)化的(de)(de)(de)(de)垂(chui)直截面(mian)(mian)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)(tu)(tu)中存在(zai)兩(liang)(liang)個單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)（液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)L和奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ),鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)消失，如圖(tu)(tu)(tu)(tu)2-92(d)所(suo)示。

  相(xiang)圖(tu)中三(san)相(xiang)共(gong)存區(qu) L+8+y 隨壓力的(de)(de)變化(hua)規律如圖(tu)2-93所示(shi)，在0.1MPa、10MPa、100MPa 和(he)(he)1000MPa下，A點的(de)(de)坐(zuo)標分(fen)別(bie)(bie)為（0.0261%,1531.84K)、（0.0259%,1532.26K)、（0.0239%,1532.79K)和(he)(he)（0%,1537.02K),B點的(de)(de)坐(zuo)標分(fen)別(bie)(bie)為（0.889%,1593.63K)、（0.888%,1594.16K)、（0.890%,1595.75K)和(he)(he)（0.933%,1611.62K),C點的(de)(de)坐(zuo)標分(fen)別(bie)(bie)為（0.934%,1639.76K)、（0.930%,1639.67K)、（0.926%,1641.78K)和(he)(he)（0.901%,1666.65K).隨著壓力的(de)(de)增(zeng)加(jia)，A和(he)(he)C點向(xiang)(xiang)低氮區(qu)移動(dong)，B點向(xiang)(xiang)高氮區(qu)移動(dong)，整個區(qu)域向(xiang)(xiang)高溫區(qu)移動(dong)，且三(san)相(xiang)共(gong)存區(qu)L+8+y呈(cheng)增(zeng)大(da)趨勢，曲邊(bian)三(san)角形的(de)(de)形狀(zhuang)逐(zhu)漸由(you)“?”向(xiang)(xiang)“Δ”轉(zhuan)變［137],相(xiang)轉(zhuan)變方式(shi)逐(zhu)步(bu)由(you)包晶反(fan)應(ying)（L+δ→y)向(xiang)(xiang)共(gong)晶反(fan)應(ying)（L→8+y)過渡，即當壓力分(fen)別(bie)(bie)為0.1MPa、10MPa和(he)(he)100MPa時，凝固過程(cheng)為包晶反(fan)應(ying)，而1000MPa時為共(gong)晶反(fan)應(ying)。

  為了進一步說明(ming)壓力對凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)過(guo)程(cheng)中相(xiang)(xiang)(xiang)轉(zhuan)變(bian)的(de)(de)影響規律，19Cr14Mn0.9N 含(han)氮鋼凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)過(guo)程(cheng)中鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)和(he)(he)奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)隨液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)變(bian)化(hua)規律如(ru)圖(tu)2-94所示(shi)。在(zai)(zai)0.1MPa、10MPa和(he)(he)100MPa下凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)時(shi)，鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)呈現(xian)(xian)出(chu)(chu)先(xian)增(zeng)大(da)(da)后(hou)減(jian)小的(de)(de)趨(qu)勢，拐點分(fen)(fen)別為P1、P2和(he)(he)P3,如(ru)圖(tu)2-94(a)所示(shi)；而(er)(er)奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ均呈現(xian)(xian)出(chu)(chu)連續增(zeng)大(da)(da)的(de)(de)趨(qu)勢。在(zai)(zai)0.1MPa、10MPa和(he)(he)100MPa下鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)δ質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)變(bian)化(hua)拐點P1、P2和(he)(he)P3的(de)(de)溫(wen)度(du)分(fen)(fen)別與奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)出(chu)(chu)現(xian)(xian)位置Q1、Q2和(he)(he)Q3的(de)(de)溫(wen)度(du)相(xiang)(xiang)(xiang)同，如(ru)圖(tu)2-94(b)所示(shi)。當(dang)高于(yu)(yu)P1(Q1)、P2(Q2)和(he)(he)P3(Q3)的(de)(de)溫(wen)度(du)時(shi)，鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)隨著(zhu)(zhu)(zhu)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)減(jian)小而(er)(er)增(zeng)加(jia)，此時(shi)無(wu)奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ出(chu)(chu)現(xian)(xian)，即(ji)(ji)發(fa)生液(ye)固(gu)(gu)轉(zhuan)變(bian)（L→8);當(dang)低(di)于(yu)(yu)P1(Q1)、P2(Q2)和(he)(he)P3(Q3)的(de)(de)溫(wen)度(du)時(shi)，鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)隨著(zhu)(zhu)(zhu)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)減(jian)小而(er)(er)減(jian)小，而(er)(er)奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ逐漸增(zeng)加(jia)，即(ji)(ji)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8隨著(zhu)(zhu)(zhu)奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)形成(cheng)逐漸消(xiao)失，發(fa)生包晶反應（L+8→y);而(er)(er)1000MPa下，鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)(he)奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)均隨著(zhu)(zhu)(zhu)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)減(jian)小而(er)(er)逐步增(zeng)大(da)(da)，直至(zhi)凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)結束，表明(ming)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)δ和(he)(he)奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ幾(ji)乎同時(shi)從液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)中析出(chu)(chu)，即(ji)(ji)凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)過(guo)程(cheng)發(fa)生共晶反應（L→8+y).這也證明(ming)了隨著(zhu)(zhu)(zhu)壓力的(de)(de)增(zeng)加(jia)，相(xiang)(xiang)(xiang)轉(zhuan)變(bian)方式逐漸由包晶反應（L+8→y)向(xiang)共晶反應（L→8+y)過(guo)渡。

  19Cr14Mn0.9N含(han)氮鋼凝固(gu)過程中(zhong)鐵(tie)素體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8和奧氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)單相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)隨壓力(li)的(de)(de)變化規(gui)律如(ru)圖2-95所示(shi)。當壓力(li)從(cong)(cong)0.1MPa增(zeng)加(jia)到100MPa時，δ/(δ+L)相(xiang)(xiang)(xiang)邊(bian)界(jie)變化較(jiao)小，8/(δ+γ)相(xiang)(xiang)(xiang)邊(bian)界(jie)整體(ti)向(xiang)高(gao)溫端移動，鐵(tie)素體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8形成(cheng)區(qu)域(yu)逐(zhu)漸減小；當壓力(li)進(jin)一步增(zeng)加(jia)到1000MPa時，鐵(tie)素體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8單相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)幾乎從(cong)(cong)隨氮質量分(fen)數變化的(de)(de)垂直(zhi)截(jie)面相(xiang)(xiang)(xiang)圖中(zhong)消失(shi)，如(ru)圖2-95(a)所示(shi)，即增(zeng)加(jia)壓力(li)有(you)助于鐵(tie)素體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)δ的(de)(de)消失(shi)［138].而對于奧氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ,隨著(zhu)壓力(li)的(de)(de)增(zeng)加(jia)，γ/(y+L)相(xiang)(xiang)(xiang)邊(bian)界(jie)向(xiang)高(gao)溫段移動，γ/(δ+γ)相(xiang)(xiang)(xiang)邊(bian)界(jie)整體(ti)向(xiang)高(gao)氮區(qu)移動，整個(ge)區(qu)域(yu)呈增(zeng)大趨勢(shi)，如(ru)圖2-95(b)所示(shi)。

2. 凝固模(mo)式(shi)

  不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)模式根據凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)初始(shi)相(xiang)的(de)(de)(de)種類(lei)和(he)相(xiang)轉變(bian)(bian)類(lei)型(xing)(xing)通常分(fen)為(wei)(wei)四類(lei)。①F型(xing)(xing)：L→L+8→8→8+y;②FA型(xing)(xing)：L→L+8→L+8+Y→8+y;③AF型(xing)(xing)：L→L+Y→L+y+δ→8+y;④A型(xing)(xing)：L→L+y→y.凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)模式主要(yao)受合(he)金成(cheng)(cheng)分(fen)和(he)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)條件的(de)(de)(de)影響(xiang)，在合(he)金成(cheng)(cheng)分(fen)一定(ding)的(de)(de)(de)情況下(xia)(xia)，凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)模式主要(yao)由凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)條件決定(ding)。19Cr14Mn0.9N含氮(dan)鋼(gang)在不(bu)同壓力(li)下(xia)(xia)的(de)(de)(de)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)變(bian)(bian)順序(xu)，如圖(tu)2-96所示，鐵素(su)體相(xiang)δ為(wei)(wei)初始(shi)相(xiang)，即19Cr14Mn0.9N含氮(dan)鋼(gang)在各壓力(li)下(xia)(xia)的(de)(de)(de)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)模式均為(wei)(wei)FA型(xing)(xing)。以(yi)0.1MPa的(de)(de)(de)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)過程為(wei)(wei)例(li)，凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)過程分(fen)為(wei)(wei)三(san)個階段(duan)，凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)初期，發(fa)生L→8相(xiang)變(bian)(bian)反(fan)應；當固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)質量(liang)分(fen)數升(sheng)至0.05左(zuo)右(you)時，發(fa)生包晶反(fan)應（L+δ→y),奧氏體相(xiang)γ開始(shi)形成(cheng)(cheng)，鐵素(su)體相(xiang)δ逐(zhu)漸減少(shao)，此時體系中固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)由8和(he)γ共同組成(cheng)(cheng)；在凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)末期，鐵素(su)體相(xiang)8完全(quan)消(xiao)失(shi)，液相(xiang)直(zhi)接(jie)轉變(bian)(bian)為(wei)(wei)奧氏體相(xiang)γ(L→y),直(zhi)到凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)結束，凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)結束后，固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)為(wei)(wei)單(dan)一的(de)(de)(de)奧氏體相(xiang)γ.因此，0.1MPa 下(xia)(xia)19Cr14Mn0.9N 含氮(dan)鋼(gang)的(de)(de)(de)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)變(bian)(bian)順序(xu)為(wei)(wei)：L→L+8→L+8+Y→L+Y→Y.

  基于在10MPa、100MPa和1000MPa下(xia)19Cr14Mn0.9N含(han)氮鋼凝固(gu)(gu)相變(bian)(bian)順序可知(zhi)，當壓(ya)力從0.1MPa增加到100MPa時，19Cr14Mn0.9N含(han)氮鋼的凝固(gu)(gu)模式依舊為FA型。然而，當壓(ya)力達到1000MPa時，凝固(gu)(gu)過程中包晶反應（L+8→y)轉變(bian)(bian)為共晶反應（L→8+y),其相轉變(bian)(bian)順序發生明顯變(bian)(bian)化，如圖2-96所示。1000MPa下(xia)凝固(gu)(gu)相變(bian)(bian)順序可歸(gui)結為：L→L+8→L+8+Y→8+γ.

  此(ci)外(wai)，當(dang)壓力(li)逐漸由(you)0.1MPa增加至(zhi)1000MPa時，L→8相(xiang)轉(zhuan)變(bian)的溫度區(qu)(qu)間由(you)3.86K降(jiang)至(zhi)0.079K,奧氏體(ti)(ti)相(xiang)γ形成(cheng)(cheng)時的固(gu)相(xiang)質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)由(you)0.05降(jiang)至(zhi)0.00075（圖(tu)2-96),同時相(xiang)圖(tu)中C點（圖(tu)2-93)氮質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)由(you)0.934%降(jiang)低至(zhi)0.901%,固(gu)相(xiang)質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)十分(fen)逼近本體(ti)(ti)氮質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)0.9%,即(ji)L→8相(xiang)轉(zhuan)變(bian)區(qu)(qu)間基本消失(shi)。因此(ci)，隨(sui)著壓力(li)的增加，19Cr14Mn0.9N含氮鋼(gang)的凝(ning)固(gu)模式(shi)呈現(xian)由(you)FA型向A型轉(zhuan)變(bian)的趨勢，這主要(yao)是由(you)于增加壓力(li)有助(zhu)于比(bi)體(ti)(ti)積小(xiao)的相(xiang)形成(cheng)(cheng)（γ相(xiang)的比(bi)體(ti)(ti)積小(xiao)于8相(xiang)）,即(ji)加壓抑制了8相(xiang)的形成(cheng)(cheng)，使凝(ning)固(gu)模式(shi)發生改(gai)變(bian)。

3. 固(gu)／液相線

  凝固(gu)存(cun)在凝固(gu)潛熱的(de)釋放(fang)和體(ti)積的(de)收縮，屬于一(yi)級(ji)相(xiang)變(bian)，因而可(ke)以采用克拉佩(pei)龍(long)方程來描述壓(ya)力與(yu)相(xiang)變(bian)溫度之(zhi)間的(de)關系，即

4. 氮溶解度

  溫度(du)(du)是(shi)影響合金體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)系氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)的(de)(de)重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)因(yin)素之一(yi)。從圖2-98中可以看出(chu)，隨(sui)著(zhu)液(ye)相(xiang)(xiang)溫度(du)(du)的(de)(de)降低(di)，19Cr14MnxN 凝固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)過程中氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)逐(zhu)漸升(sheng)高(gao)，直(zhi)到(dao)溫度(du)(du)降至液(ye)相(xiang)(xiang)線（凝固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)初(chu)期）時達到(dao)一(yi)個峰(feng)值（A點(dian)(dian)(dian)）。隨(sui)著(zhu)凝固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)的(de)(de)進行，發生(sheng)L→8液(ye)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)轉(zhuan)變，氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)較(jiao)小(xiao)(xiao)的(de)(de)鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)8形(xing)成，導(dao)致了體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)系的(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)迅速降低(di)，直(zhi)到(dao)溫度(du)(du)降至奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ析(xi)出(chu)點(dian)(dian)(dian)（即L+δ→y轉(zhuan)變點(dian)(dian)(dian)），此時體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)系氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)最小(xiao)(xiao)（B點(dian)(dian)(dian)），即出(chu)現(xian)“鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)阱（ferrite trap)”［140],如圖2-99所示。隨(sui)著(zhu)凝固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)的(de)(de)繼(ji)續進行，固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)中鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)8的(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)分(fen)數減小(xiao)(xiao)，氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)較(jiao)大(da)的(de)(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ相(xiang)(xiang)應地增(zeng)加(jia)(jia)，體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)系氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)又逐(zhu)步增(zeng)大(da)，直(zhi)到(dao)溫度(du)(du)降至固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)線（凝固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)結(jie)束，即C點(dian)(dian)(dian)）。凝固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)結(jie)束后，隨(sui)著(zhu)溫度(du)(du)的(de)(de)繼(ji)續降低(di)，體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)系氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)將繼(ji)續增(zeng)大(da)，這主(zhu)要(yao)(yao)是(shi)由(you)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)系發生(sheng)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)轉(zhuan)變δ→y(C和(he)D點(dian)(dian)(dian)之間）和(he)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ中氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)隨(sui)著(zhu)溫度(du)(du)的(de)(de)降低(di)而增(zeng)加(jia)(jia)（D和(he)E點(dian)(dian)(dian)之間）兩方面原因(yin)所導(dao)致的(de)(de)。此外，氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)在C和(he)D點(dian)(dian)(dian)之間的(de)(de)增(zeng)長(chang)速率明顯(xian)大(da)于D和(he)E點(dian)(dian)(dian)之間，這主(zhu)要(yao)(yao)歸因(yin)于C和(he)D點(dian)(dian)(dian)之間貧氮(dan)(dan)(dan)相(xiang)(xiang)（鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)8)的(de)(de)消失加(jia)(jia)速了體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)系氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)的(de)(de)增(zeng)長(chang)。在整個凝固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)過程中（A和(he)C點(dian)(dian)(dian)之間），氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)(jie)度(du)(du)的(de)(de)變化范圍為0.255%~0.648%.由(you)此可見，在0.1MPa下(xia)，19Cr14Mn鋼中氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)分(fen)數達到(dao)0.9%而不產(chan)生(sheng)嚴重(zhong)(zhong)的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)氣(qi)孔(kong)缺陷(xian)，是(shi)很(hen)難實現(xian)的(de)(de)。

  0.1MPa、1MPa和2MPa下19Cr14MnxN氮(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)隨(sui)壓(ya)力(li)的(de)(de)(de)變化(hua)規律如圖2-99所(suo)示，0.1MPa下，氮(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)隨(sui)壓(ya)力(li)的(de)(de)(de)變化(hua)規律存在明顯的(de)(de)(de)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)阱，“鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)阱”本質上是在固(gu)(gu)(gu)相(xiang)中(zhong)(zhong)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)形(xing)成(cheng)元素(su)(su)(su)質量分數較低(di)的(de)(de)(de)情況下，鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)δ在凝固(gu)(gu)(gu)初(chu)期析(xi)出，導致體(ti)(ti)(ti)系氮(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)快速降低(di)的(de)(de)(de)現(xian)象(xiang)；凝固(gu)(gu)(gu)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)阱的(de)(de)(de)出現(xian)會加(jia)(jia)劇局(ju)部(bu)氮(dan)(dan)析(xi)出的(de)(de)(de)趨(qu)(qu)勢，造成(cheng)局(ju)部(bu)氮(dan)(dan)分布均(jun)勻性差等缺(que)陷，更甚者(zhe)會導致大量氣孔缺(que)陷的(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)，進(jin)而影響后續加(jia)(jia)工(gong)工(gong)藝，大幅度(du)(du)降低(di)了材料的(de)(de)(de)成(cheng)材率。然(ran)而，隨(sui)著(zhu)壓(ya)力(li)的(de)(de)(de)增加(jia)(jia)，鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)阱減小，當壓(ya)力(li)增加(jia)(jia)到1MPa時，鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)阱完全消失(shi)，且在體(ti)(ti)(ti)系整個(ge)凝固(gu)(gu)(gu)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，氮(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)始終處于增大的(de)(de)(de)趨(qu)(qu)勢。因此，對19Cr14MnxN而言，增加(jia)(jia)壓(ya)力(li)能夠有效(xiao)地增加(jia)(jia)體(ti)(ti)(ti)系氮(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)，避(bi)免鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)阱的(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)，從而減小了凝固(gu)(gu)(gu)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)氣孔缺(que)陷的(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)趨(qu)(qu)勢。

5. 元素分(fen)配(pei)系數

  凝固(gu)過程中(zhong)，合金元素在固(gu)／液(ye)(ye)界面(mian)處發生質(zhi)(zhi)量分數的(de)再(zai)(zai)分配(pei)，導致了(le)合金元素在鑄錠(ding)內分布的(de)不均(jun)勻性，最終形成偏(pian)析。溶(rong)質(zhi)(zhi)再(zai)(zai)分配(pei)的(de)程度通(tong)常采用溶(rong)質(zhi)(zhi)分配(pei)系數ko進行表征，即平(ping)衡(heng)凝固(gu)過程中(zhong)固(gu)相(xiang)中(zhong)溶(rong)質(zhi)(zhi)的(de)質(zhi)(zhi)量分數Cs與(yu)液(ye)(ye)相(xiang)中(zhong)溶(rong)質(zhi)(zhi)的(de)質(zhi)(zhi)量分數CL之間比(bi)值：

  對于(yu)二(er)元合金體(ti)系，溶質(zhi)(zhi)分(fen)(fen)配系數o通常可(ke)以(yi)由相(xiang)圖中固／液相(xiang)線斜率獲得；而對于(yu)多元合金體(ti)系，難以(yi)利用(yong)(yong)相(xiang)圖進行(xing)計算(suan)，但可(ke)基于(yu)準確可(ke)靠(kao)的(de)熱(re)力學數據(ju)，利用(yong)(yong)溶質(zhi)(zhi)在固／液相(xiang)中化(hua)學位相(xiang)等的(de)原理進行(xing)計算(suan)。由于(yu)19Cr14Mn0.9N含氮(dan)鋼凝固時，固相(xiang)轉變過(guo)程(cheng)中存在鐵(tie)素體(ti)相(xiang)8和奧氏(shi)體(ti)相(xiang)γ共存的(de)階段(duan)，因而結(jie)合凝固過(guo)程(cheng)中相(xiang)質(zhi)(zhi)量分(fen)(fen)數以(yi)及各相(xiang)中元素質(zhi)(zhi)量分(fen)(fen)數，采(cai)用(yong)(yong)式（2-177)可(ke)計算(suan)各元素的(de)溶質(zhi)(zhi)分(fen)(fen)配系數，即(ji)

  式中(zhong)，k為元素(su)i的分(fen)(fen)(fen)配系數(shu)(shu)；ws和wy分(fen)(fen)(fen)別為鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)8和奧氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ的質(zhi)量分(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)；Cs,i和Cy,;分(fen)(fen)(fen)別為元素(su)i在鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)8和奧氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ中(zhong)的質(zhi)量分(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)。

  在(zai)0.1MPa下(xia)的(de)凝(ning)(ning)固過程中，19Cr14Mn0.9N含氮(dan)(dan)鋼(gang)各(ge)元(yuan)(yuan)素(su)溶質(zhi)(zhi)(zhi)分(fen)(fen)配(pei)(pei)(pei)(pei)系(xi)數(shu)的(de)變(bian)化規律(lv)如圖(tu)2-100所示。固相(xiang)(xiang)的(de)相(xiang)(xiang)組(zu)成由單一鐵(tie)(tie)素(su)體相(xiang)(xiang)δ過渡到鐵(tie)(tie)素(su)體相(xiang)(xiang)δ和(he)奧氏(shi)(shi)(shi)體相(xiang)(xiang)γ共存時(shi)，各(ge)元(yuan)(yuan)素(su)分(fen)(fen)配(pei)(pei)(pei)(pei)系(xi)數(shu)的(de)變(bian)化趨勢出現了明顯的(de)拐點，這主要是由于(yu)(yu)(yu)各(ge)元(yuan)(yuan)在(zai)鐵(tie)(tie)素(su)體相(xiang)(xiang)8和(he)奧氏(shi)(shi)(shi)體相(xiang)(xiang)γ的(de)分(fen)(fen)配(pei)(pei)(pei)(pei)系(xi)數(shu)差異較大。結合(he)19Cr14Mn0.9N含氮(dan)(dan)鋼(gang)凝(ning)(ning)固時(shi)的(de)相(xiang)(xiang)變(bian)順序可知，在(zai)凝(ning)(ning)固初期(qi)，固相(xiang)(xiang)為單一鐵(tie)(tie)素(su)體相(xiang)(xiang)8,鐵(tie)(tie)素(su)體相(xiang)(xiang)δ中各(ge)元(yuan)(yuan)素(su)溶質(zhi)(zhi)(zhi)分(fen)(fen)配(pei)(pei)(pei)(pei)系(xi)數(shu)分(fen)(fen)別為：kc(0.092)<kN(0.185)<Mn(0.796)<Mo(0.822)<kGr(0.901)<ksi(0.960).在(zai)凝(ning)(ning)固末(mo)期(qi)，固相(xiang)(xiang)為單一奧氏(shi)(shi)(shi)體相(xiang)(xiang)γ,奧氏(shi)(shi)(shi)體相(xiang)(xiang)γ中各(ge)元(yuan)(yuan)素(su)溶質(zhi)(zhi)(zhi)分(fen)(fen)配(pei)(pei)(pei)(pei)系(xi)數(shu)分(fen)(fen)別為：kc(0.347)<kM.(0.634)<N(0.769)<kcr(0.839)<Mn(0.883)<ksi(1.048).由此可知，碳、氮(dan)(dan)、錳和(he)硅在(zai)奧氏(shi)(shi)(shi)體相(xiang)(xiang)γ中的(de)分(fen)(fen)配(pei)(pei)(pei)(pei)系(xi)數(shu)大于(yu)(yu)(yu)鐵(tie)(tie)素(su)體相(xiang)(xiang)8,因而(er)(er)，在(zai)發生(sheng)L+8→γ轉變(bian)時(shi)，鐵(tie)(tie)素(su)體相(xiang)(xiang)8減少，奧氏(shi)(shi)(shi)體相(xiang)(xiang)γ增(zeng)加，致使(shi)碳、氮(dan)(dan)、錳和(he)硅的(de)分(fen)(fen)配(pei)(pei)(pei)(pei)系(xi)數(shu)隨(sui)著液(ye)相(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)(zhi)量分(fen)(fen)數(shu)的(de)減小逐漸增(zeng)大。而(er)(er)對于(yu)(yu)(yu)鉬和(he)鉻，它們在(zai)奧氏(shi)(shi)(shi)體相(xiang)(xiang)γ中的(de)分(fen)(fen)配(pei)(pei)(pei)(pei)系(xi)數(shu)小于(yu)(yu)(yu)鐵(tie)(tie)素(su)體相(xiang)(xiang)8,導致鉬和(he)鉻的(de)分(fen)(fen)配(pei)(pei)(pei)(pei)系(xi)數(shu)隨(sui)著液(ye)相(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)(zhi)量分(fen)(fen)數(shu)的(de)減小而(er)(er)逐漸減小，如圖(tu)2-100所示。

  在(zai)10MPa 和(he)100MPa下，各元(yuan)素(su)分(fen)配(pei)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)隨液相(xiang)(xiang)質(zhi)量分(fen)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)變化(hua)規律與0.1MPa的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)同，如(ru)(ru)圖2-101所示(shi)。而(er)在(zai)1000MPa下，除凝固(gu)初期（液相(xiang)(xiang)質(zhi)量分(fen)數(shu)(shu)(shu)十分(fen)接近于(yu)(yu)1時）固(gu)相(xiang)(xiang)由單一鐵(tie)素(su)體相(xiang)(xiang)8組(zu)成外(wai)，在(zai)后續凝固(gu)過(guo)程中，由于(yu)(yu)發生了共(gong)晶轉變L→y+8,固(gu)相(xiang)(xiang)中鐵(tie)素(su)體相(xiang)(xiang)8和(he)奧(ao)氏體相(xiang)(xiang)γ的(de)(de)(de)(de)量均隨著液相(xiang)(xiang)質(zhi)量分(fen)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)減(jian)小(xiao)(xiao)而(er)增(zeng)大(da)(da)(da)，因而(er)各元(yuan)素(su)分(fen)配(pei)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)為平滑(hua)曲線，無明顯拐點出(chu)現，如(ru)(ru)圖2-101所示(shi)。此(ci)外(wai)，隨著壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)，鉬(mu)和(he)錳(meng)的(de)(de)(de)(de)分(fen)配(pei)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)均減(jian)小(xiao)(xiao)，且錳(meng)的(de)(de)(de)(de)減(jian)小(xiao)(xiao)幅度大(da)(da)(da)于(yu)(yu)鉬(mu)，因而(er)壓(ya)力(li)(li)有利于(yu)(yu)枝晶間液相(xiang)(xiang)中鉬(mu)和(he)錳(meng)的(de)(de)(de)(de)富集，進而(er)加(jia)劇了鉬(mu)和(he)錳(meng)的(de)(de)(de)(de)微(wei)觀(guan)偏析(xi)，如(ru)(ru)圖2-102所示(shi)。對(dui)(dui)于(yu)(yu)元(yuan)素(su)碳、氮和(he)鉻(ge)，元(yuan)素(su)分(fen)配(pei)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)隨著壓(ya)增(zeng)加(jia)而(er)增(zeng)大(da)(da)(da)，且始(shi)終小(xiao)(xiao)于(yu)(yu)1,因而(er)增(zeng)加(jia)壓(ya)力(li)(li)有助于(yu)(yu)緩解其在(zai)枝晶間液相(xiang)(xiang)中富集，從(cong)而(er)減(jian)輕碳、氮和(he)鉻(ge)的(de)(de)(de)(de)微(wei)觀(guan)偏析(xi)。對(dui)(dui)于(yu)(yu)硅元(yuan)素(su)，壓(ya)力(li)(li)一定(ding)時，凝固(gu)過(guo)程中其分(fen)配(pei)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)從(cong)小(xiao)(xiao)于(yu)(yu)1逐步向大(da)(da)(da)于(yu)(yu)1過(guo)渡，使得枝晶間液相(xiang)(xiang)中硅的(de)(de)(de)(de)濃度呈(cheng)現出(chu)先增(zeng)大(da)(da)(da)后減(jian)小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)(de)趨勢；而(er)當壓(ya)力(li)(li)增(zeng)加(jia)到1000MPa時，整個凝固(gu)過(guo)程中硅的(de)(de)(de)(de)分(fen)配(pei)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)始(shi)終大(da)(da)(da)于(yu)(yu)1,枝晶間液相(xiang)(xiang)中硅的(de)(de)(de)(de)濃度隨著液相(xiang)(xiang)質(zhi)量分(fen)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)減(jian)小(xiao)(xiao)而(er)減(jian)小(xiao)(xiao)，進而(er)導致枝晶界處貧硅，偏析(xi)加(jia)劇。

6. 元素擴散(san)系數(shu)

  擴(kuo)散是(shi)指晶(jing)(jing)體中(zhong)原(yuan)子（或離子）由熱運動產生(sheng)的遷移過(guo)程，合(he)(he)金(jin)元(yuan)素的擴(kuo)自始至(zhi)終貫穿金(jin)屬或者合(he)(he)金(jin)發生(sheng)相變(bian)、組織轉變(bian)、結晶(jing)(jing)和再結晶(jing)(jing)等(deng)過(guo)程。各元(yuan)素的擴(kuo)散系數D是(shi)體系的動態(tai)性(xing)質(zhi)之一(yi)，由菲克第一(yi)定(ding)律(lv)可知，擴(kuo)散系數是(shi)元(yuan)素在(zai)單位時間每(mei)單位濃(nong)度梯度的條(tiao)件(jian)下(xia)沿擴(kuo)散方向垂直通過(guo)單位面積(ji)的質(zhi)量(liang)或物質(zhi)的量(liang)，可由阿倫尼烏斯方程進行(xing)描述，即

  式中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，kb為玻爾茲(zi)曼常(chang)(chang)數(shu)(shu)(shu)(shu)；ΔGm為擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)激活(huo)(huo)能(neng)(neng)(neng)；T為溫(wen)度(du)(du)；A為常(chang)(chang)數(shu)(shu)(shu)(shu)。式（2-178)適用于(yu)(yu)所(suo)有類型的(de)(de)固態擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)過程(cheng)，不同元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)區別(bie)僅(jin)僅(jin)在于(yu)(yu)A和(he)(he)(he)ΔGm的(de)(de)不同。從式（2-178)可以看出，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)隨(sui)著擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)激活(huo)(huo)能(neng)(neng)(neng)ΔGm的(de)(de)增(zeng)大(da)而減(jian)小(xiao)；反之，激活(huo)(huo)能(neng)(neng)(neng)ΔGm越小(xiao)，元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)越大(da)，元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)越容易。19Cr14Mn0.9N含(han)氮(dan)(dan)鋼凝固過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)8和(he)(he)(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)各元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)在不同壓(ya)力(li)(li)下的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)如圖(tu)2-103所(suo)示。鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)i(i=碳(tan)(tan)、氮(dan)(dan)、錳、鉬(mu)、鉻(ge)(ge)和(he)(he)(he)硅(gui)）的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)均(jun)比奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)大(da)1~2個數(shu)(shu)(shu)(shu)量級，這主要是由于(yu)(yu)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)晶胞（面心立(li)(li)方）的(de)(de)致(zhi)密度(du)(du)為0.74,大(da)于(yu)(yu)鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)晶胞（體(ti)(ti)(ti)心立(li)(li)方）的(de)(de)致(zhi)密度(du)(du)（0.68),而致(zhi)密度(du)(du)大(da)的(de)(de)晶體(ti)(ti)(ti)結構中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，原(yuan)(yuan)子擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)激活(huo)(huo)能(neng)(neng)(neng)較高(gao)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)較小(xiao)。此(ci)(ci)外，間隙原(yuan)(yuan)子的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)激活(huo)(huo)能(neng)(neng)(neng)均(jun)比置(zhi)換原(yuan)(yuan)子的(de)(de)小(xiao)［145],因此(ci)(ci)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)碳(tan)(tan)和(he)(he)(he)氮(dan)(dan)無論在鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)還是奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)均(jun)比元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)錳、鉬(mu)、鉻(ge)(ge)和(he)(he)(he)硅(gui)的(de)(de)大(da)2~3個數(shu)(shu)(shu)(shu)量級，如圖(tu)2-103所(suo)示。同時隨(sui)著壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)增(zeng)加，碳(tan)(tan)和(he)(he)(he)氮(dan)(dan)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)變化量均(jun)大(da)于(yu)(yu)錳、鉬(mu)、鉻(ge)(ge)和(he)(he)(he)硅(gui)；增(zeng)加壓(ya)力(li)(li)減(jian)小(xiao)了鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)和(he)(he)(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)，抑制了氮(dan)(dan)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)；增(zeng)加壓(ya)力(li)(li)減(jian)小(xiao)了鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)，但增(zeng)大(da)了奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)，加速(su)了其中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)。因此(ci)(ci)，增(zeng)加壓(ya)力(li)(li)對(dui)不同元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)在不同相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)影響不同，但總體(ti)(ti)(ti)來(lai)講，壓(ya)力(li)(li)對(dui)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)影響較小(xiao)，在100MPa以內(nei)可以忽略(lve)。

7. 晶粒(li)形(xing)核

 a. 臨界(jie)形核半(ban)徑(jing)

   根據經典形(xing)核(he)(he)理論可(ke)知，均質形(xing)核(he)(he)過程中臨形(xing)核(he)(he)半徑r與(yu)相變驅動力ΔGL→S,P之(zhi)間(jian)的關系為

   在(zai)19Cr14Mn0.9N含氮鋼凝固(gu)過(guo)程(cheng)中，鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)力(li)可(ke)由Thermo-Calc 熱力(li)學軟(ruan)件進(jin)行計(ji)算(suan)，結(jie)果(guo)如圖(tu)2-104所(suo)示。凝固(gu)過(guo)程(cheng)中，鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)化規律與鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)和(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量分(fen)數基本(ben)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)同。體(ti)(ti)(ti)系在(zai)0.1MPa、10MPa和(he)100MPa下(xia)凝固(gu)時(shi)，鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)力(li)隨(sui)(sui)著(zhu)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量分(fen)數的(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)小呈現出(chu)先增(zeng)大(da)(da)后減(jian)小的(de)(de)(de)(de)(de)趨勢。凝固(gu)初期發(fa)生(sheng)(sheng)L→8轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)，鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ為生(sheng)(sheng)成相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)，其相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)隨(sui)(sui)著(zhu)凝固(gu)的(de)(de)(de)(de)(de)進(jin)行而(er)不斷增(zeng)大(da)(da)，直至發(fa)生(sheng)(sheng)L+8→γ轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)。此(ci)時(shi)，鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)力(li)達(da)到(dao)峰值(zhi)(zhi)，且壓(ya)力(li)越(yue)大(da)(da)，鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)峰值(zhi)(zhi)越(yue)小，而(er)達(da)到(dao)峰值(zhi)(zhi)時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量分(fen)數越(yue)大(da)(da)，因此(ci)加壓(ya)有助于鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)力(li)提前達(da)到(dao)峰值(zhi)(zhi)；隨(sui)(sui)著(zhu)凝固(gu)的(de)(de)(de)(de)(de)繼續(xu)進(jin)行，鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ逐步(bu)向奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)，其相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)力(li)不斷減(jian)小，直至鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8消失。而(er)凝固(gu)壓(ya)力(li)為1000MPa時(shi)，鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)力(li)在(zai)整個凝固(gu)過(guo)程(cheng)中呈持續(xu)增(zeng)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)趨勢。

   相比(bi)之下，在0.1MPa、10MPa、100MPa和1000MPa的(de)凝(ning)固(gu)(gu)過程(cheng)中(zhong)(zhong)，無(wu)論L→Y、L+8→y,還是(shi)(shi)L→8+y轉(zhuan)變(bian)(bian)，奧(ao)氏體(ti)相γ作為(wei)(wei)生成(cheng)相，其相變(bian)(bian)驅動力(li)變(bian)(bian)化呈單調性，均隨(sui)著壓力(li)的(de)增(zeng)(zeng)加而(er)增(zeng)(zeng)大。因此，增(zeng)(zeng)加壓力(li)有(you)助于提升凝(ning)固(gu)(gu)過程(cheng)相轉(zhuan)變(bian)(bian)趨(qu)勢，即均增(zeng)(zeng)大了L→8、L→γ以(yi)及(ji)L+8→y相轉(zhuan)變(bian)(bian)過程(cheng)中(zhong)(zhong)生成(cheng)相的(de)相變(bian)(bian)驅動力(li)，有(you)利于促進19Cr14Mn0.9N含(han)氮(dan)鋼凝(ning)固(gu)(gu)過程(cheng)的(de)進行(xing)，這主要是(shi)(shi)因為(wei)(wei)鐵素體(ti)相δ和奧(ao)氏體(ti)相γ的(de)比(bi)體(ti)積均小(xiao)于液相。

   根(gen)據式（2-179),不同壓力(li)下晶粒的臨界(jie)形核半徑與相(xiang)變驅動力(li)的關系為

 b. 形核率

   單(dan)(dan)位體積液(ye)相在單(dan)(dan)位時間內所形成的晶核數(shu)目(mu)稱為形核率，經典形核理(li)論(lun)給(gei)出(chu)了(le)形核率N與擴散激(ji)活能(neng)ΔGm和形核功ΔG*之間的關(guan)系，即

   從式(shi)（2-185)中可(ke)以看出，形(xing)(xing)核(he)(he)功(gong)ΔG隨(sui)著相變驅動(dong)力(li)(li)ΔGL→s,P的增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)而(er)減(jian)小(xiao)，因此增(zeng)(zeng)(zeng)加凝固壓(ya)力(li)(li)有(you)利于形(xing)(xing)核(he)(he)功(gong)ΔG的降低(di)（ΔG+ΔP<ΔG),進而(er)增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)形(xing)(xing)核(he)(he)率N.此外，從壓(ya)力(li)(li)對擴(kuo)散系數的影響(xiang)可(ke)以得(de)出，隨(sui)著壓(ya)力(li)(li)的增(zeng)(zeng)(zeng)加，擴(kuo)散激(ji)活(huo)能ΔGm的變化較(jiao)(jiao)小(xiao)，在較(jiao)(jiao)低(di)壓(ya)力(li)(li)下，擴(kuo)散激(ji)活(huo)能ΔG的變化可(ke)以忽略。結(jie)合(he)式(shi)（2-183)可(ke)知(zhi)，加壓(ya)通過(guo)減(jian)小(xiao)形(xing)(xing)核(he)(he)功(gong)ΔG,使得(de)形(xing)(xing)核(he)(he)率N呈(cheng)指數增(zeng)(zeng)(zeng)長，達到(dao)細化晶粒的效果。

8. 密度和熱膨(peng)脹(zhang)系數

  密(mi)(mi)度表(biao)(biao)示(shi)物質疏密(mi)(mi)程度，H13密(mi)(mi)度隨壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)和(he)(he)(he)溫(wen)度的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)曲(qu)線(xian)如(ru)圖2-105所示(shi)。其中，點(dian)S1、E1、B1、L1、S2、E2、B2和(he)(he)(he)L2分(fen)(fen)別(bie)對應(ying)H13凝(ning)(ning)固(gu)過程中的(de)(de)(de)相(xiang)變(bian)開(kai)(kai)始(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)(he)(he)結(jie)束點(dian)；S1和(he)(he)(he)S2分(fen)(fen)別(bie)代(dai)表(biao)(biao)不同(tong)(tong)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)下(xia)H13的(de)(de)(de)固(gu)相(xiang)點(dian)；E1和(he)(he)(he)E2分(fen)(fen)別(bie)代(dai)表(biao)(biao)不同(tong)(tong)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)下(xia)相(xiang)變(bian)L→γ開(kai)(kai)始(shi)(shi)(shi)(shi)點(dian)；B1和(he)(he)(he)B2分(fen)(fen)別(bie)代(dai)表(biao)(biao)不同(tong)(tong)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)下(xia)相(xiang)變(bian)L+8→y開(kai)(kai)始(shi)(shi)(shi)(shi)點(dian)；L1和(he)(he)(he)L2分(fen)(fen)別(bie)代(dai)表(biao)(biao)不同(tong)(tong)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)下(xia)相(xiang)變(bian)L→8開(kai)(kai)始(shi)(shi)(shi)(shi)點(dian)，即(ji)H13的(de)(de)(de)凝(ning)(ning)固(gu)開(kai)(kai)始(shi)(shi)(shi)(shi)點(dian)；L1Lo(0.1MPa、1MPa和(he)(he)(he)2MPa)和(he)(he)(he)L2Lo(1000MPa)表(biao)(biao)示(shi)液(ye)相(xiang)密(mi)(mi)度隨溫(wen)度的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)曲(qu)線(xian)，相(xiang)應(ying)固(gu)相(xiang)密(mi)(mi)度隨溫(wen)度的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)曲(qu)線(xian)分(fen)(fen)別(bie)如(ru)線(xian)S1So和(he)(he)(he)S2So所示(shi)。線(xian)L2Lo和(he)(he)(he)L1Lo、S2So和(he)(he)(he)S1So相(xiang)互重合，表(biao)(biao)明壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)從0.1MPa增加至(zhi)1000MPa時，壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)對固(gu)相(xiang)液(ye)相(xiang)密(mi)(mi)度以(yi)及熱(re)膨(peng)脹系數的(de)(de)(de)影響幾乎可以(yi)忽略不計，熱(re)膨(peng)脹系數約為2x10-4。

  S1L1(0.1Mpa、1MPa和2MPa)和S2L2(1000MPa)分別代表不同(tong)壓(ya)力下液、δ和γ混(hun)合(he)相密度隨溫度的變(bian)化(hua)規律。當溫度一(yi)定時，壓(ya)力從(cong)0.1MPa 增加至1000MPa,混(hun)合(he)相密度變(bian)化(hua)幅(fu)度較大，其主要原因如下：

   a. 加壓提(ti)高(gao)了固（S1→S2)、液相溫(wen)度（L→L2),使得凝固區(qu)間向高(gao)溫(wen)區(qu)移動（S,L1S2L2),進而導(dao)致在溫(wen)度一定時，混合相中固相的(de)體(ti)積分(fen)數(shu)增(zeng)大，液相體(ti)積分(fen)數(shu)相應減小(xiao)。

   b. 混(hun)合相(xiang)中，固(gu)相(xiang)密(mi)度(du)（8和γ)大于(yu)液相(xiang)密(mi)度(du)，且(qie)隨壓力的(de)變化幅(fu)度(du)較小。

  此外，凝固過(guo)程中（S1L1和(he)S2L2),密度的波動主要由相(xiang)變（L→y;L+δ→Y和(he)L→8)導致(zhi)(zhi)各相(xiang)體積分數變化所導致(zhi)(zhi)。

9. 焓、凝(ning)固(gu)潛熱以及比(bi)熱

  焓(han)為熱力學中表(biao)示(shi)物質(zhi)系統(tong)能量狀(zhuang)(zhuang)態的(de)一個狀(zhuang)(zhuang)態參數(shu)，每千(qian)克物質(zhi)的(de)焓(han)為比焓(han)，即

  式中，h為(wei)(wei)比焓(han)；m為(wei)(wei)質量(liang)；U為(wei)(wei)內能；P為(wei)(wei)壓(ya)(ya)力(li)；V為(wei)(wei)體(ti)積。由式（2-186)可(ke)知(zhi)，當(dang)(dang)內能和質量(liang)一定時(shi)，比焓(han)h與PV成正比。當(dang)(dang)壓(ya)(ya)力(li)小于1000MPa時(shi)，加壓(ya)(ya)對(dui)(dui)液相和固相密(mi)度的(de)(de)影(ying)響(xiang)幾乎可(ke)以忽(hu)略不計，因(yin)而對(dui)(dui)體(ti)積的(de)(de)影(ying)響(xiang)微(wei)乎其微(wei)。那么(me)，比焓(han)主要(yao)受壓(ya)(ya)力(li)的(de)(de)影(ying)響(xiang)，當(dang)(dang)壓(ya)(ya)力(li)從0.1MPa增加至1000MPa時(shi)，比焓(han)明顯增大，但當(dang)(dang)壓(ya)(ya)力(li)低(di)于2MPa時(shi)，比焓(han)幾乎保持不變，如(ru)圖2-106所(suo)示。在凝固過程中（L1S1和L2S2),當(dang)(dang)溫(wen)度一定時(shi)，H13整個(ge)熱(re)力(li)學體(ti)系(xi)的(de)(de)比焓(han)隨壓(ya)(ya)力(li)的(de)(de)變化(hua)趨勢(shi)非(fei)常復雜，主要(yao)原因(yin)如(ru)下：

   a. 凝固(gu)過程中存在凝固(gu)潛熱的釋(shi)放(fang)(fang)，且潛熱釋(shi)放(fang)(fang)與固(gu)相體積分(fen)數直(zhi)接(jie)相關(guan)。

   b. 當溫度一定(ding)時，固相體積(ji)分(fen)數隨不同(tong)壓力(li)的(de)變化而(er)變化。

  根據比(bi)(bi)焓(han)隨(sui)溫度的變化(hua)曲(qu)線，可得H13的凝(ning)(ning)固潛熱(re)為(wei)221.3kJ/kgl1511;由比(bi)(bi)焓(han)溫度變化(hua)曲(qu)線的斜(xie)率可得，液(ye)、固相比(bi)(bi)熱(re)分(fen)比(bi)(bi)為(wei)822.8J/(kg·K)和679.5J/(kg·K).當壓力(li)低于(yu)1000MPa時，凝(ning)(ning)固潛熱(re)，液(ye)、固相比(bi)(bi)熱(re)隨(sui)壓力(li)的變化(hua)均可忽略不計，如圖2-106所示。