氮化鉻鐵廣泛應用在電爐和氧氣轉爐冶煉含氮鋼。氮是奧氏體所形成的元素,主要用它作為成分加入鉻錳和鉻錳鎳不銹鋼從而替代了短缺的鎳。另外,它也是制造天然氣管道金屬板成分中不可缺少的元素。由于生成氮化釩VN、碳氮化物VCN,經(jīng)過(guò)熱處理工藝之后氮促進(jìn)了鋼的強化。
為了生產(chǎn)用氮合金化的鋼,迫切的任務(wù)是解決氮化鐵合金的生產(chǎn)問(wèn)題。在Cr-N系中氮在鉻中形成固溶體和氮化物Cr2N(11.87%N),Cr2N(21.22%N)。一定數量的氮同樣可以溶解在液態(tài)鉻(鉻鐵)中,但由于溶解過(guò)程是放熱反應:
1/2→←[N]cr
1g[N]=1660/T-0.2782
因而,溶解在液態(tài)鉻中的氮的平衡濃度隨著(zhù)溫度的提高而降低。鉻鐵氮化的方法可以分為兩種:液態(tài)或固態(tài)下氮化.
1.液態(tài)下生產(chǎn)氮化鉻鐵
C.B.別佐布羅佐夫完成了含Cr 20,50,70和90%的鉻鐵合金,當壓力為0.1、0.4、0.9、2.54和5.0MPa,溫度為1773--1873K時(shí)氮的溶解度的研究。
如果在含Cr 70%的Fe-Cr-N熔體中加入1.5%Si,氮的溶解度降低0.2-0.25%。鉻鐵中的氧同樣降低氮在鉻鐵中的溶解度,合金中的氧從0.075提高到0.2%,氮的溶解速度降低5倍。所以合金在氮化處理之前應進(jìn)行脫氧(用鋁和其它脫氧劑)。
由此得出,將對低硅和用鋁還原以后確保不在熔體表面形成氧化膜(渣)的低碳鉻鐵進(jìn)行氮化處理。氣態(tài)氮應進(jìn)行嚴格的凈化以去除其中的氧和水分。在真空感應爐中進(jìn)行鉻鐵的氮化完全適應這些條件。液態(tài)的中碳鉻鐵氮化處理也可以在氧氣轉爐中進(jìn)行,也可以利用側吹轉爐供氮的方法使液態(tài)格鐵氮化來(lái)實(shí)現上述過(guò)程。經(jīng)過(guò)多次試驗指出,也可利用等離子工藝生產(chǎn)氮化鉻鐵.所有這些方法均可以達到鉻鐵中溶解氮1-2%,并沿鉻錠的高度達到氮含均勻分布。
2.固態(tài)下生產(chǎn)氮化格鐵
方法的本質(zhì)是在氮氣氣氛中于高溫下加熱外顆粒的鉻鐵,滿(mǎn)足生成氮化物(Cr,Fe)2N和(Cr,Fe)N的熱力學(xué)條件使滲氮過(guò)程高速度進(jìn)行。工業(yè)上實(shí)用的方法是把經(jīng)真空脫碳而得到的低碳鉻鐵壓塊進(jìn)行氮化處理.