一、固相無擴(kuò)散和完全擴(kuò)散效應(yīng)
含鉻鎳不銹鋼在凝固過程中，根據(jù)元素鉻和鎳當(dāng)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?jǐn)?shù)的變化趨勢完全一致。以D1為例，對(duì)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(dǎo)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?jǐn)?shù)達(dá)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?jǐn)?shù)明顯大于貧氮鐵素體相δ,差值可達(dá)0.28%.在Scheil凝固過程中，［％N]1iq變化規(guī)律如圖2-51(b)所示，當(dāng)固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.97時(shí)，［％N]iq隨著固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而快速增大，隨后［％N]iq增長速率陡降，同時(shí)［％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(kuò)散，導(dǎo)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(jìn)了氮化物［密排六方（hcp)相］的形成，進(jìn)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(duì)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?jǐn)?shù)的差距，進(jìn)而減輕了枝晶間殘余液相中氮偏析，有助于避免鋼液中氮?dú)馀荽蠓秶匦纬珊烷L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?dú)饪椎男纬伞?/span>
二、固相反擴(kuò)散效應(yīng)
碳、氮等間隙原子，其固相擴(kuò)散系數(shù)較大，其實(shí)際微觀偏析程度處于固相無擴(kuò)散和固相完全擴(kuò)散條件元素偏析之間，為了更好地貼合實(shí)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(kuò)散，固相不完全擴(kuò)散。
（3)固－液界面的推進(jìn)速度呈拋物線狀。
（4)溶質(zhì)元素在固相中的擴(kuò)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(jìn)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(jìn)行，氮濃度逐漸增大，且固相率越大時(shí)，氮濃度增加得越快。當(dāng)前沿氮濃度超過其飽和值時(shí)，便會(huì)有氮?dú)馀菸龀龅目赡?。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(jìn)行討論分析。
1. 凝固參數(shù)α
由凝固參數(shù)的表達(dá)式可以看出，a值的大小與氮在該鋼中的固相擴(kuò)散系數(shù)、鋼的固相線溫度、液相線溫度及冷卻強(qiáng)度有關(guān)。對(duì)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(dá)到5%,α越小，偏析越嚴(yán)重，在高氮鋼熔煉過程中應(yīng)該盡量避免氮偏析。但對(duì)于修正后的α,α值的變化對(duì)偏析程度影響較小。
2. 分配系數(shù)k
分配系數(shù)的表達(dá)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(duì)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(yán)重。另外，分配系數(shù)還與凝固條件（如凝固速率、擴(kuò)散邊界層厚度）等相關(guān)。
