304不锈钢具有良好的耐腐蚀性能和热加工性能,但是硬度和耐磨性偏低制约了其应用范围。氮合金化能够改善和提高304不锈钢的硬度以及耐腐蚀性。目前的不锈钢材料的氮合金化主要有固相渗氮和液相渗氮两种,但是固相渗氮存在渗氮时间长、渗氮效果差等缺点,液相渗氮主要是是通过氮化物的添加作为氮源,容易引进另外一种杂质,限制了钢种的选择,而且对于试样的规格要求比较高。本论文采用氮气氛下的区域熔炼工艺,通过调节氮气压力和区熔速度对304不锈钢进行氮合金化处理,得到不同氮含量的试样。理论上可以实现棒状材料的连续氮合金化,具有渗氮时间短,效果稳定等优点。论文研究了氮气压力和区熔速度对304不锈钢氮含量的影响规律,并结合氮对不锈钢的气孔形貌和显微组织的影响,对氮在区熔304不锈钢中的溶解和析出行为以及显微组织进行了研究,结果表明:(1)304不锈钢中的实际氮含量低于理论值,主要是因为区域熔炼的速度较快,氮并没有充分地扩散进入熔区,导致实际氮含量低于平衡溶解度。此外,在凝固过程中会有气孔的生成也是导致基体中的氮含量低于理论值的一个原因。(2)氮气压力对气孔形貌的影响显著。随着氮气压力的增加,气孔率逐渐降低,平均气孔尺寸也逐渐减小,气孔直径趋于均匀化。随着氮气压力的增加,铁素体相区逐渐减少直至消失,从而降低了氮气的析出量,这是气孔率随氮气压力的增加而减小的直接原因。(3)由于氮在固液两相中存在溶解度差,所以在凝固过程中氮气泡会形核、长大并逃逸出熔区,也是氮含量低于理论值的一个重要原因。由于氮在纯铁和304不锈钢中随温度变化的溶解趋势相反,所以将两种材料中气孔的形貌,实际气孔率与理论气孔率进行对比,确定氮在304不锈钢中的逃逸系数为0.9,在纯铁中的逃逸系数为0.6。(4)随着氮含量的增加,304不锈钢中奥氏体体积分数逐渐增大,而铁素体的体积分数逐渐减少,同时奥氏体晶粒会呈现长大的趋势。含氮304不锈钢的铁素体和奥氏体的取向为K-S与N-W关系共存的状态。