一、固相無擴散和完全擴散效應

  含鉻鎳不銹鋼在凝固過程中，根據(jù)元素鉻和鎳當量濃度比凝固模式可分為以下四類。

  在平衡和Scheil凝固過程中，D1~D5鑄錠內(nèi)，［％N]uiq隨固相質(zhì)量分數(shù)的變化趨勢完全一致。以D1為例，對平衡凝固而言［圖2-51(a)],貧氮相（鐵素體相δ)的不斷形成［78],導致氮在殘余液相中大量富集，［％N]iq快速增大，直到固相質(zhì)量分數(shù)達到0.96左右。隨后，富氮相（奧氏體相γ和AIN)持續(xù)形成，由于富氮相中氮的平衡分配系數(shù)和溶解度均大于貧氮相［25,771,致使［％N]iq的增長速率陡降，致使［％N]iq在隨后的凝固過程中幾乎保持不變。氮、鎳和錳一起富集在富氮相γ奧氏體中，且富氮相γ奧氏體中氮質(zhì)量分數(shù)明顯大于貧氮鐵素體相δ,差值可達0.28%.在Scheil凝固過程中，［％N]1iq變化規(guī)律如圖2-51(b)所示，當固相質(zhì)量分數(shù)小于0.97時，［％N]iq隨著固相質(zhì)量分數(shù)的增加而快速增大，隨后［％N]iq增長速率陡降，同時［％N]iiq也隨之發(fā)生斷裂式下降，明顯區(qū)別于平衡凝固。與平衡凝固相比，由于Scheil凝固固相無擴散，導致氮、錳、鉻和鉬在殘余液相中的富集程度明顯大于其在平衡凝固中的富集（圖2-52),促進了氮化物［密排六方（hcp)相］的形成，進而致使［％N]iq發(fā)生斷裂式下降［圖2-51(b)]。

  凝固過程中相的種類以及成分對殘余液相中氮偏析有至關(guān)重要的影響。富氮相（奧氏體相γ、AIN和hcp相）的持續(xù)形成，減小了枝晶干與枝晶間殘余液相之間氮質(zhì)量分數(shù)的差距，進而減輕了枝晶間殘余液相中氮偏析，有助于避免鋼液中氮氣泡大范圍地形成和長大，與Makaya等的研究一致。因此，富氮相（奧氏體相γ、AIN和hcp相）的形成有利于抑制鋼中氮氣孔的形成。

二、固相反擴散效應

  碳、氮等間隙原子，其固相擴散系數(shù)較大，其實際微觀偏析程度處于固相無擴散和固相完全擴散條件元素偏析之間，為了更好地貼合實際情況，基于C-K模型，可做以下假設(shè)，建立一種適合高氮鋼凝固溶質(zhì)再分配的模型。

（1)Fe-N相圖的液相線和固相線是直線。

（2)液相完全擴散，固相不完全擴散。

（3)固－液界面的推進速度呈拋物線狀。

（4)溶質(zhì)元素在固相中的擴散存在邊界層。

（5)溶質(zhì)橫向分布均勻。

（6)忽略其他元素的偏析。

（7)不考慮凝固過程中氮析出的損失。

高氮鋼在凝固過程中，隨著凝固的進行，凝固界面固相氮濃度可表示為

  從圖中可以看出，隨著凝固的進行，氮濃度逐漸增大，且固相率越大時，氮濃度增加得越快。當前沿氮濃度超過其飽和值時，便會有氮氣泡析出的可能。從微觀偏析方程（2-114)可以看出，影響微觀偏析的因素只有凝固參數(shù)α和偏析參數(shù)k,下面就這兩方面進行討論分析。

 1. 凝固參數(shù)α

  由凝固參數(shù)的表達式可以看出，a值的大小與氮在該鋼中的固相擴散系數(shù)、鋼的固相線溫度、液相線溫度及冷卻強度有關(guān)。對于特定的鋼種，α值是在一定范圍的。如高氮鋼，α為2~3[82](圖2-54陰影分），偏析程度Dp可以達到5%,α越小，偏析越嚴重，在高氮鋼熔煉過程中應該盡量避免氮偏析。但對于修正后的α,α值的變化對偏析程度影響較小。

 2. 分配系數(shù)k

  分配系數(shù)的表達式是k=Cs/C,是凝固過程中固相濃度與液相濃度的比值。它是表征元素是否易偏析的參數(shù)。碳、硫、磷等都是非常容易偏析的元素，且這些元素在不同的固相（如8-Fe相、奧氏體相）中偏析系數(shù)是不同的。對于要研究的氮元素，它在奧氏體中的偏析系數(shù)要大于在鐵素體中的偏析系數(shù)，氮在鐵素體中的分配系數(shù)一般取0.38,在奧氏體中的分配系數(shù)一般取0.48,分配系數(shù)越小，偏析程度越嚴重。另外，分配系數(shù)還與凝固條件（如凝固速率、擴散邊界層厚度）等相關(guān)。