[发明专利]一种高氮无镍奥氏体不锈钢的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种不锈钢的冶炼制造方法，特别是涉及一种冶炼制造高氮无镍奥氏体不锈钢的方法。

背景技术

随着Cr(铬)-Ni(镍)奥氏体不锈钢需求迅速增加，Ni资源变得贫乏，其价格也持续攀升，使Ni元素占该类钢成本的60～80％。因此，世界各国着力研发制造以其它元素替代Ni的奥氏体不锈钢。其中，把有益而廉价的元素N(氮)作为取代Ni制造高N无Ni奥氏体不锈钢成为研究的焦点。

目前以N代Ni制造高氮无镍奥氏体不锈钢的难点是N在常压下在钢液中溶解度极低(N含量(wt％)＜0.0045)，极难在高温钢液中大量存留，而钢中固溶的N含量(wt％)≥1.2或钢中加入一定量Mn(锰)时N≥0.6，才能全部取代Ni。若在常压下向钢液中加入N合金或者N化物，会使其迅速分解为N2气，在钢液表面逸出，发生“喷发”现象。为提高钢液中的N含量，德国、奥地利、保加利亚等国家实现工作压力在4～20MPa的加压电渣炉设备制备高氮奥氏体不锈钢，可使N加入量最大达到2.1(wt％)。但这一炼钢过程(从冶炼到浇注过程)，需持续在高压力状态下完成，使得这种冶炼技术因工艺与设备复杂、生产成本高及安全隐患大而受到限制。若降低冶炼工作压力，则高氮钢中的氮含量难以提高，一般只能得到N含量(wt％)＜0.4的非奥氏体高氮钢。而一项专利申请(02132853.6)中提出，可以采用真空感应炉冶炼并在控制N气氛中分步分批加入氮的合金化合物和脱杂原料，这种合金冶炼方法虽然可以去除杂质，但与冶炼高氮不锈钢的现实相违背，因为在常压或负压或真空状态下的氮化物或者氮合金在钢液中溶解后N会迅速“喷发”溢出，难以得到高含N量钢，只有在高压力状态下才有可能抑制N的溢出。这一点在另一项公开的专利申请(200410022051.0)中可以得到说明，即用低真空(负压)冶炼只能得到N含量在0.0085(wt％)的高氮钢，与高氮高(中)锰奥氏体不锈钢需要≥0.6(wt％)的N含量相差甚远。另外指出，专利申请(02132853.6)中所说的碳(C)、铬(Cr)、锰(Mn)、钼(Mo)、铜(Cu)等应在奥氏体不锈钢中的含量及固溶处理皆为合金钢原理性常识，且与国外冶炼高氮奥氏体不锈钢的合金成分及后期处理方法相同或相近，因此难以在权利要求中得到支持。

尽管目前需要在高压下冶炼高氮无镍奥氏体不锈钢，而在常压下冶炼难以实现，但本发明提出了一种可以实现在常压下制造高氮无镍奥氏体不锈钢的方法。

发明内容

本发明的目的是要提供一种常压(0.1MPa)下冶炼和制造高氮无镍奥氏体不锈钢的方法。该方法可方便、稳定地获得N含量可控的高质量高氮无镍奥氏体不锈钢。

根据N在常压(0.1Mpa)液态钢中很容易溢出但却难以从结晶态钢中跑出的原理，本发明的关键思路是改变了常规的合金化溶解冶炼加N的方法，而采用在冶炼非氮基础合金钢后，向钢中以加入“变质剂”的非溶解方法加入高氮合金(氮化物或者氮合金)，并在高氮合金未被溶解或微溶解时进行浇注，使高氮合金混合存留在凝固的基础合金钢中。然后通过这种钢的热变形加工和固溶处理，使混合在钢中的高氮合金分解、扩散、固溶于奥氏体中，从而制成了高氮无镍奥氏体不锈钢。这种在常压下制造高氮无镍奥氏体不锈钢的具体方法是：

将精炼待浇注的微碳Cr-Mn基础钢液在浇注前或者浇注的同时快速加入高氮合金，并进行快速混合搅拌，再快速将这种含有未溶或微溶高氮合金的钢液浇铸成钢材，再通过热变形加工和固溶处理把钢材中的高氮合金分解、固溶于奥氏体中。

上述所说的微碳Cr-Mn基础钢液是C≤0.1(wt％)、P与S≤0.01(wt％)，以Cr、Mn为主要合金成分的铁基合金。在微碳Cr-Mn基础钢液中还可少量加入Cu、Mo、Al、Ti、V等有益元素。

上述所说的用含有未溶或微溶高氮合金的钢液浇铸成的钢材是指钢锭或连铸钢坯或有形钢件。

上述所说的微碳Cr-Mn基础钢液在浇注的同时快速加入高氮合金的方法适用于向铸模浇注固定形状钢件的制造；还适用于向结晶器浇注连铸钢坯的制造。即：上述所说的微碳Cr-Mn基础钢液在浇注的同时加入高氮合金的方法可以是把钢液向铸模浇注的同时加入高氮合金；也可以是把钢液向连铸结晶器连续浇入的同时将高氮合金也连续均匀加入。

上述所说的高氮合金是指氮化物或者含氮合金或者是两者的混合物。