[发明专利]一种含氮钢的冶炼方法

说明书

本发明公开了一种含氮钢的冶炼方法，含氮钢的氮含量为80～200ppm，其工艺路线为：电炉—LF精炼—RH—连铸；电炉采用转炉；连铸采用模铸。在RH的真空全过程中采用氮气作为提升气体，氮气压力为1.0～2.0MPa。采用上述技术方案，RH提升气体的流量可以精确控制，增氮效果易于控制；与钢水充分接触，形成有效的循环，钢水的流场更加稳定；钢水的平衡氮含量远远超过80ppm，真空过程中使用氮气作为提升气体，增氮与真空脱氮的平衡随着钢水氮含量的提高逐步平稳，30～300mbar的真空度下钢水氮含量无法超过钢种的判钢要求，避免了氮含量超标带来的损失。

技术领域

本发明属于一种含氮钢的冶炼方法，尤其是一种通过RH精炼过程实现快速准确控氮的冶炼方法，适用于氮含量要求在80～200ppm的钢种。

背景技术

钢铁市场上，尤其在汽车用钢及高等级管坯用钢领域，很多钢种对钢材成品氮含量有较为严格的要求，例如：汽车曲轴用钢38MnVS5要求氮含量130～170ppm；胀断连杆用非调质钢36MnVS4要求氮含量150～200ppm；齿轮钢ZF7B要求氮含量≥120ppm。

对于目前上述钢铁产品的主流生产工艺，钢水在经过真空脱气后氮含量降低至80ppm以下，再通过真空处理后加入含氮合金(钒氮合金、氮化锰、高氮铬铁等)，或者在真空结束后喂氮线，或者通过钢包底吹氮气控制氮含量，或者通过三种方法的配合，能够基本实现上述钢种氮含量的控制，但存在以下问题：

1、真空后钢水纯净度较高，另行加入增氮材料，将会增加二次氧化污染钢水的风险，造成产品质量的波动；

2、成本较高，以使用氮线控氮，钢水氮150ppm为例，真空脱气后钢水含氮量为50ppm，增加100ppm的氮需要氮线1.5kg/t钢，按市场价13000元/吨计算，吨钢成本增加20元；

3、通过钢包低吹氮气，难以实现氮含量稳定控制，处理周期长，影响炼钢效率，不利于生产的稳定顺行。

对于炼钢过程中钢水氮含量的控制，目前已有一系列的研究和成果，如：

1、中国发明专利(CN201510366458)公开了一种含氮钢的冶炼方法，通过VD真空过程中底吹氮气以及软吹过程中底吹氮气，能够生产氮含量0.010％～0.030％的含氮钢，此为VD工艺，底吹氮气的效果会存在一定波动；

2、中国发明专利(CN200810243439)公开了一种含氮齿轮钢生产工艺中的增氮方法，通过底吹氮气，定时取样检测来实现氮含量的精确控制，此方法需要含氮合金进行初调，成本较高，同时定时取样分析氮含量，检验周期长，生产节奏慢；

3、中国发明专利(CN201310230261)公开了一种真空循环脱气炉生产汽车面板控碳控氧的方法，通过RH采用氮气作为循环气体在真空中增氮，可实现汽车面板用钢氮控制在0.0030％左右，此方法不适合生产80～200ppm以上的钢水；

4、《鞍钢技术》2014年第6期中的《气体增氮法冶炼钒氮微合金钢》一文介绍了RH提升气体使用氮气，RH真空度控制到5KPa，在进RH前转炉全程底吹氮气，能够将钒氮微合金钢的氮含量调整至118ppm，但仅针对钒含量0.03～0.05％的某一个钢种，而本专利对钢水成分无要求，且在真空度控制、流量控制等重点参数方面，与本专利完全不同，另一方面，本专利对RH处理前的钢水氮含量无要求，与上述论文不同；

5、中国发明专利(201510682746.X)公开了一种含氮钢种的RH脱氢增氮工艺，真空度为4～6KPa，增氮速率为2～3ppm/min，与本申请专利的相关参数及效果也完全不同，事实上，钢水增氮效率与成分含量有直接关系，根据本专利的工艺及参数，即使最难增氮的钢种，增氮速率也在4ppm/min以上。

综上所述，对于含氮量在80～200ppm，且需要经过RH真空处理的高级别钢种钢水氮含量的快速准确控制是冶炼过程中的一个重大难题。