一種常壓下兩步冶煉高氮鋼的方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋼鐵的冶煉制造領域，具體涉及了在常壓下通過兩步法熔煉高氮鋼的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 八十年代末開始受到世界普遍重視的氮合金化的高氮合金鋼，包括高氮不銹鋼和 高氮工具鋼等材料，尤其高氮不銹鋼，由于其節(jié)約鎳和優(yōu)良的性能，受到各國的重視，甚至 被作為戰(zhàn)略性結(jié)構(gòu)材料。
[0003] 高氮不銹鋼較普遍地采用加壓冶煉技術(shù)，在高壓下冶煉高氮鋼，產(chǎn)品的鑄造受限 于差壓鑄造技術(shù)，現(xiàn)有技術(shù)大多數(shù)均是在較高壓力下鑄造產(chǎn)品，而在常壓下冶煉或鑄錠只 有少量報道。國內(nèi)報道的高氮護環(huán)鋼鋼錠，僅提供了稍高于0.6%的氮含量數(shù)據(jù)。超過 0. 65% N的高氮不銹鋼冶金產(chǎn)品，國內(nèi)冶金生產(chǎn)者還沒有實現(xiàn)商業(yè)化市場供給。
[0004] 高氮不銹鋼鑄造產(chǎn)品不能普及應用，主要原因在于：在常壓或低壓下澆注，其凝固 過程中，過飽和氮的析出和氮氣溢出易形成氣孔，分布于鑄錠或鑄件產(chǎn)品中?，F(xiàn)有技術(shù)提供 了在常壓下冶煉氮含量達0. 6-1. 2 %的高氮鋼鑄坯的方法（【申請?zhí)枴?00810050792. 8)，其 方法是將精煉待澆注的微碳Cr-Mn基礎鋼在澆注前或澆注時快速加入高氮合金，快速攪拌 后澆注成鋼坯。為使冶煉的過程和氮含量更加容易控制，在對高氮鋼的冶煉制造技術(shù)的研 發(fā)中，本發(fā)明提供了另一種通過"兩步法"制造高氮含量高氮鋼的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種常壓下兩步冶煉高氮鋼的方法，所述方法 包括：步驟一：氮化鐵合金；步驟二、常壓熔煉。其中，步驟一所述方法包括步序：A、制粉，對 還原鐵粉、錳粉、微碳鉻鐵粉、鉬鐵粉等純金屬或鐵合金物料破碎，按比例配料混合；B、氮化 處理，將混合均勻的粉料放入真空滲氮爐進行滲氮處理，獲得氮化料。步驟二所述方法包括 步序：C、常壓下加熱熔煉，將氮化料加入到熔煉設備加熱至完全熔融；D、除渣，加除渣劑除 渣2~3次，再加除渣劑覆蓋鋼液，待測量溫度達到1480~1590°C間某一個規(guī)定值時，取樣 進行材質(zhì)成分分析；E、終脫氧，除渣結(jié)束后加薄層除渣劑覆蓋鋼液面，加硅鈣合金使硅鈣脫 氧劑進入到鋼水里與鋼水反應，硅鈣脫氧劑加入量一般按鋼水量的0. 1~0. 2%加入；F、終 除渣，加除渣劑快速除渣3~8次，直至鋼液面干凈；G、澆注，當鋼水溫度合適，清理干凈流 鋼槽、爐面后，清除爐渣，進行澆注。
[0006] 為使鑄錠重熔提純及致密化，制取高品質(zhì)的高氮鋼鋼錠，本發(fā)明所述方法還在步 驟二常壓熔煉增加電渣重熔，選用步序G澆注的高氮合金作為自耗電極，電渣重熔渣料成 分為（重量百分比）<3卩 2:53~76%、〇3〇:8~26%、厶1 203:6~18%、]\%0:2~14%，操 作規(guī)程和重熔工藝得到確認后，結(jié)晶器、引錠板安裝穩(wěn)妥，安裝自耗電極，將配比好的電渣 重熔渣料放入結(jié)晶器中加熱至熔融狀態(tài)，自耗電極緩慢降至熔融的渣料中，通電起弧后調(diào) 整重熔電壓40~60V、電流3000~14000A，隨后自耗電極棒緩慢熔化，熔化的高氮合金液 滴穿過熔融狀態(tài)下的渣料層，在結(jié)晶器底部重新凝固結(jié)晶得到電渣重熔鋼錠。
[0007] 本發(fā)明的步序A制粉破碎的方法為：使用顎式破碎機、對輥機或強力破碎機，對不 同物料分別破碎，經(jīng)過粗碎、中碎、細碎，獲取10~100目的粉料。
[0008] 本發(fā)明的步序B氮化處理的真空度為100~0. 02Pa滲氮，在溫度為500~1100°C 送氮氣，滲氮溫度為900~1200°C，滲氮時爐內(nèi)壓力0. 1~0. 3Mpa，滲氮保溫時間1~12 小時，滲氮保溫結(jié)束后停止加熱，經(jīng)2~10小時爐內(nèi)冷卻到400~500°C時停止送氮氣，真 空滲氮爐內(nèi)氮化結(jié)束。
[0009] 本發(fā)明的步序C常壓下加熱熔煉，調(diào)節(jié)熔煉功率，開始熔化至完全熔融過程，及時 捅料，溫度控制在1450~1550°C范圍；完全熔融后再調(diào)整功率提高鋼水溫度滿足之后步序 D~F的要求；步序G澆注時，鋼水溫度控制在1480~1590°C，當調(diào)整達到澆注溫度時，90 秒內(nèi)開始澆注，并在3分鐘內(nèi)完成所熔煉鋼水的澆注。
[0010] 本發(fā)明氮化鐵合金常壓熔煉后，如果不經(jīng)過電渣重熔，只是進行一次常壓熔煉，澆 注成鑄錠或鑄件，步序B氮化處理后氮化料的氮濃度至少要高于目標合金氮含量7. 5 %，高 出部分將在常壓熔煉和鑄造過程中釋放和消耗。如果常壓熔煉后進行電渣重熔，氮化處理 后氮化料的氮濃度至少要高于目標合金氮含量15%，高出部分分別在電渣重熔和一次常壓 熔煉中釋放和消耗。根據(jù)高氮鋼合金成分，調(diào)整氮化料的滲氮濃度；滲氮濃度對比高氮鋼規(guī) 定成分的氮含量，依據(jù)具體的常壓熔煉工藝和操作，其氮含量提高百分比也是需要調(diào)整變 化的。
[0011] 本發(fā)明的方法是在常壓下冶煉或熔煉高氮鋼，本技術(shù)適用于氮含量多0.65~ 1. 2 %、高鉻含量15~24%、高錳含量12~24%的鉻-錳-氮奧氏體不銹鋼，以及添加了 鉬、釩、鈮、鉭、鎢、銅、稀土其中一種或幾種合金化元素的鉻-錳-氮奧氏體不銹鋼；也適用 于氮含量多〇. 15 %、高鉻含量13~24 %、錳含量3~24 %、鎳含量< 22 %的鉻-錳-鎳-氮 奧氏體不銹鋼，以及添加了鉬、釩、鈮、鉭、鎢、銅、稀土其中一種或幾種合金化元素的 鉻-錳-鎳-氮奧氏體不銹鋼。也適用于高氮雙相不銹鋼、高氮鐵素體不銹鋼。
[0012] 本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果：
[0013] 1、本發(fā)明能夠冶煉獲得耐腐蝕、機械性能好的高氮含量合金鋼；
[0014] 2、本發(fā)明能夠在常壓下冶煉或熔煉高氮鋼，不必在差壓或高壓條件下，不受差壓 或高壓技術(shù)必須附加的工藝裝備的限制，降低了工藝條件要求，控制了生產(chǎn)成本；
[0015] 3、本專利技術(shù)對于氮含量高達0. 75~1. 0%范圍的高氮奧氏體不銹鋼，也能夠穩(wěn) 定生產(chǎn)和工業(yè)化提供冶金材料和鑄造用高氮鋼液態(tài)金屬；
[0016] 4、本發(fā)明可以由氮化鐵合金生產(chǎn)廠生產(chǎn)氮化料，提供給冶金廠或鑄造廠，冶煉或 熔煉高氮鋼制造鑄錠或鑄件，或者電渣重熔制造鋼錠，生產(chǎn)上易于組織和代工委托。
【附圖說明】
[0017] 圖1顯示實施例1獲得的高氮鋼0Cr21Mnl7Mo2. 5N0. 8鑄錠材料的顯微組織，為樹 枝晶形態(tài)。
[0018] 圖2顯示實驗材料經(jīng)熱乳、固溶處理后X-射線檢測的特征，標定結(jié)果是單相奧氏 體。
[0019] 圖3顯示實驗材料經(jīng)熱乳、固溶處理后光學金相檢查的特征，基體中含有大量的 孿晶。
[0020] 圖4顯示實驗材料經(jīng)熱乳、固溶處理后透射電鏡組織的圖像，以及選區(qū)電子衍射 呈現(xiàn)奧氏體點陣結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0021] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方 案，結(jié)合生產(chǎn)操作規(guī)程和特征步驟，進行清楚、完整地描述。
[0022] 實施例1 :
[0023] 以冶煉300kg 0Cr21Mnl7Mo2. 5N0. 8高氮奧氏體不銹鋼為例，高氮鋼的化學成分 如下表（％，重量百分數(shù)）：
[0025] 步驟一、氮化鐵合金：
[0026] A、制粉
[0027] 按照高氮鋼成分要求（如表1)，在考慮了冶金消耗或燒損之后，進行配料計算和 采購：含73 % Cr-27 % Fe的微碳鉻鐵粒料（尺寸約40~50mm) 200kg，99. 9 %的純錳粒料 (尺寸約40~50mm) IOOkg ;含99. 9 % Fe還原鐵塊坯300kg，99. 9 %的鉬鐵20kg。
[0028] 使用顎式破碎機、對輥機、強力破碎機，對不同物料分別破碎，經(jīng)過粗碎、中碎、細 碎后，將物料破碎到目標程度為20目；篩分各種物料，獲取18~25目的粉料，根據(jù)熔煉合 金的成分要求，配比、稱取粉料后，裝入混料機混合均勻。
[0029] B、氮化處理
[0030] 將混合均勻的粉料裝入托盤，使用臺車等機構(gòu)或裝置，送進真空滲氮爐。
[0031] 封閉好爐門后，按照氮化工藝，控制真空度、溫度、氮氣壓力，預抽真空度為約 6X10 2Pa0
[0032] 滲氮，送氮氣溫度為1020~1050°C，滲氮溫度為1020~1050°C，滲氮時爐內(nèi)壓 力多0. 2Mpa，滲氮保溫時間2小時，滲氮保溫結(jié)束后停止加熱，經(jīng)4~8小時，爐內(nèi)冷卻到 400~500°C時停止送氮氣，真空滲氮爐內(nèi)氮化結(jié)束。
[0033] 打開爐門，氮化料出爐，繼續(xù)爐外冷卻，然后裝桶或者包裝，待送或待運。
[0034] 對于高氮奧氏體不銹鋼0Cr21Mnl7Mo2. 5N0. 8鑄錠，檢測氮化料氮含量，最終氮含 量達到1.07% N。本實施例氮化料的滲氮濃度要高于該高氮鋼產(chǎn)品規(guī)定的氮濃度25%以 上，高于計算的氮化料的最低氮濃度I. 〇% N要求，符合氮化要求。
[0035] 步驟二、常壓熔煉：
[0036] C、常壓下加熱熔煉
[0037] 檢修熔煉設備，爐襯、加熱器、冷卻水管、爐體機構(gòu)等是否正常；爐襯如需修補，應 先修補好；檢查電源電壓和電器控制系統(tǒng)是否正常；準備好工具及測溫儀表等；檢查冷卻 水系統(tǒng)和水壓；如有問題及時處理和解決。
[0038] 加料，根據(jù)鑄錠或鑄件產(chǎn)品計算氮化料加入量，所有入爐料要求保持清潔狀態(tài)，做 到無銹蝕、無油污、無雜物、無砂渣附著。
[0039] 然后通電熔化，調(diào)整熔化功率，使熔融的鋼水不大量釋放氮氣，熔化過程至完全熔 融的溫度在1450~1470°C ;隨著爐料的熔化，陸續(xù)將未裝完的料加入。
[0040] D、除渣
[0041] 加除渣劑除渣2次，再加（高溫）除渣劑覆蓋鋼液。
[0042] E、終脫氧
[0043] 除渣結(jié)束，加薄層除渣劑覆蓋鋼液面，加硅鈣合金使硅鈣脫氧劑進入到鋼水里與 鋼水反應，終脫氧硅鈣脫氧劑加入量為鋼水量的0. 2%。
[0044] F、終除渣
[0045] 當終脫