[发明专利]一种常压下冶炼高氮钢的方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，特别涉及一种常压下冶炼含锰高氮钢的方法。

背景技术

高氮钢生产起源于20世纪50年代，目的是节约资源，以氮代镍，并且强化合金，提高合金强度和耐蚀性，近年来高氮钢被认为是最有研究和开发价值的新材料之一。随着高氮钢生产工艺的不断改进和完善，高氮钢的品种和数量不断增加。目前研制、生产高氮钢的品种主要有高氮奥氏体不锈钢、高氮铁素体不锈钢、高氮双相不锈钢、高氮模具钢、高氮高速钢等。其中，高氮奥氏体不锈钢用的最多，应用也最广。但含氮合金的冶炼难度大，成为含氮合金应用的重要制约因素。

目前高氮钢的生产多采用加压电渣重熔、反压铸造、VOD底吹氮气和粉末冶金等工艺，但是加压设备装置昂贵，生产成本较高。而常压下冶炼含氮钢的方法是添加氮化合金和喷吹氮气(CNl0l736658A)、氨气(CNl0123546lA)等，但大都只能生产较低氮含量的钢种，且工艺控制复杂，稳定控制难度大。专利CNl480550A和CNl02400029A公布了高氮钢真空感应炉熔炼方法，但在真空炉冶炼高锰高氮钢存在锰的挥发问题而使工业生产受限，而且仍需充气加压熔炼。CNl01285148A公布了一种常压下制造高氮钢的方法，但其主要思路是改变常规合金化溶解冶炼加氮的方法，而采用在获得非氮基础合金后，向钢中加入“变质剂”的非溶解方法加入高氮合金，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，然后再通过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、固溶在基体中，从而制备出高氮钢。显然，这种方法存在成分不均匀及成分控制不稳定的风险，并且，需要后续增加扩散固溶处理等工序。

随着高氮钢的开发和推广，高氮钢的用途和用量还在扩大，寻求更加经济高效的高氮钢生产工艺意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决上述技术不足的含锰高氮钢冶炼方法，即一种常压下冶炼含锰高氮钢的方法。其特征在于以氮化锰作为加氮的主要中间合金，在中频感应炉中冶炼高氮钢。冶炼时在冶炼后期加入氮化锰，加入氮化锰和出钢时的钢液温度控制在1400～1600℃。

本发明的技术方案为：

一种常压下冶炼含锰高氮钢的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在熔炼炉内装入合金基体元素：纯铁、金属铬、铬铁、金属镍、金属钴；

2)然后升温熔化，合金料熔化80％时加碳粒、高碳铬铁，马上盖渣，渣料组成为CaO∶CaF₂=7∶3，CaO用量为合金装入量的2％左右；料全部进入熔池后马上加入金属钨、金属铌、金属钼、金属钽；

3)温度达到1500～1600℃(具体温度根据所冶炼具体钢种确定)开始用铝石灰脱氧，铝石灰用量为合金装入量的1％左右；

4)渣白后加金属锰、钒铁，待加入合金料熔清后加入氮化锰，金属硅；合金料全部熔清后送电搅拌5～10分钟；

5)加料完成后升温精炼，精练温度：1500～1600℃(具体温度根据所冶炼具体钢种确定)，精练时间20～30分钟；

6)精炼完成后降温调整温度出钢浇铸，出钢温度：1400～1600℃(具体温度根据所冶炼具体钢种确定)。

冶炼时加入氮化锰的钢液温度适宜控制在1400～1600℃，采用的氮化锰成分要求：Mn≥85.0％，N≥6.0％，所用氮化锰为固体，其适宜的尺寸为：5mm～100mm。

技术原理：

氮在合金溶液中的溶解度可由计算得：

即

Ln[N]=12LnPN2+LnKN-LnfN]]>

K_N平衡常数

溶池上的氮分压

f_N氮的活度系数