高氮钢作为一种新型工程材料,具有非常优良的机械性能、抗腐蚀性等。但实现高氮钢的工业化生产,还有许多需要解决的问题,如在熔炼过程中怎么将大量的氮渗入到钢液中,在凝固过程中怎么将氮保留在固相中不析出来成为气泡。目前的条件下,生产氮含量较高的不锈钢在凝固过程中氮很容易偏析和析出,严重影响铸锭的质量和性能,因而对高氮钢凝固过程中的气泡析出行为研究具有非常重要的意义。河北联合大学对高氮钢的研究已经十多年,目前可以生产出氮含量高于1%的奥氏体高氮钢和高于0.3%的铁素体高氮钢。在高压冶炼条件下冶炼铁素体高氮钢时,由于没有采用分阶段控制压力方法,铸锭偏析和气泡析出现象严重。从理论分析和实验研究两个方面,对Cr12N高氮钢在高压凝固过程中的气泡析出行为进行分析。通过分析铸锭凝固过程中氮的偏析,得出氮元素很容易在凝固前沿富集,尤其是在树枝晶间富集,造成气泡容易在这些地方生成。在高压条件下,树枝晶间的气泡被挤压出来,减少了气泡驻留机会。凝固终了时,氮平衡凝固分压最大,当凝固时的最小压力大于凝固终了时的平衡氮分压时,可以保证凝固过程中不析出气泡。结合凝固过程需要更高氮分压理论,开展了熔炼压力为0.3MPa,凝固压力为0.8MPa、1.0MPa、1.6MPa和熔炼压力为0.6MPa,凝固压力为1.0MPa、1.2MPa、1.4MPa、1.6MPa的实验。实验结果表明,提高了凝固压力后铸锭质量明显提高,用光学显微镜观察气泡并统计其分布情况,得出随凝固压力的增加,直径小于5μm的气泡增多,直径大于20μm的气泡数量明显下降。根据实验提供的热力学和动力学数据,对凝固压力模型计算并用实验结果验证。当熔炼压力0.3MPa凝固压力1.6MPa时可以观察到铸锭质量非常好。