專利名稱：一種高氮無鎳奧氏體不銹鋼的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種不銹鋼的冶煉制造方法，特別是涉及一種冶煉制造高氮無 鎳奧氏體不銹鋼的方法。
背景技術：
隨著Cr (鉻)-Ni (鎳)奧氏體不銹鋼需求迅速增加，Ni資源變得貧乏， 其價格也持續攀升，使Ni元素占該類鋼成本的60 80。/。。因此，世界各國著力 研發制造以其它元素替代Ni的奧氏體不銹鋼。其中，把有益而廉價的元素N(氮) 作為取代Ni制造高N無Ni奧氏體不銹鋼成為研究的焦點。
目前以N代Ni制造高氮無鎳奧氏體不銹鋼的難點是N在常壓下在鋼液中 溶解度極低(N含量(wt。/。)〈 0.0045)，極難在高溫鋼液中大量存留，而鋼中固溶 的N含量(wt。/。)》1.2或鋼中加入一定量Mn (錳)時N》0.6，才能全部取代Ni。 若在常壓下向鋼液中加入N合金或者N化物，會使其迅速分解為N2氣，在鋼 液表面逸出，發生"噴發"現象。為提高鋼液中的N含量，德國、奧地利、保 加利亞等國家實現工作壓力在4 20MPa的加壓電渣爐設備制備高氮奧氏體不 銹鋼，可使N加入量最大達到2.1(wtn/。)。但這一煉鋼過程(從冶煉到澆注過程)， 需持續在高壓力狀態下完成，使得這種冶煉技術因工藝與設備復雜、生產成本 高及安全隱患大而受到限制。若降低冶煉工作壓力，則高氮鋼中的氮含量難以 提高， 一般只能得到N含量(wt。/。)〈0.4的非奧氏體高氮鋼。而一項專利申請
(02132853.6)中提出，可以采用真空感應爐冶煉并在控制N氣氛中分步分批 加入氮的合金化合物和脫雜原料，這種合金冶煉方法雖然可以去除雜質，但與 冶煉高氮不銹鋼的現實相違背，因為在常壓或負壓或真空狀態下的氮化物或者 氮合金在鋼液中溶解后N會迅速"噴發"溢出，難以得到高含N量鋼，只有在 高壓力狀態下才有可能抑制N的溢出。這一點在另一項公開的專利申請
(200410022051.0)中可以得到說明，即用低真空(負壓)冶煉只能得到N含 量在0.0085(wt。/。)的高氮鋼，與高氮高(中)錳奧氏體不銹鋼需要》0.6(wt。/。)的N含量相差甚遠。另外指出，專利申請(02132853.6)中所說的碳(C)、鉻(Cr)、 錳(Mn)、鉬(Mo)、銅(Cu)等應在奧氏體不銹鋼中的含量及固溶處理皆為 合金鋼原理性常識，且與國外冶煉高氮奧氏體不銹鋼的合金成分及后期處理方 法相同或相近，因此難以在權利要求中得到支持。
盡管目前需要在高壓下冶煉高氮無鎳奧氏體不銹鋼，而在常壓下冶煉難以 實現，但本發明提出了一種可以實現在常壓下制造高氮無鎳奧氏體不銹鋼的方 法。

發明內容
本發明的目的是要提供一種常壓(O.lMPa)下冶煉和制造高氮無鎳奧氏體 不銹鋼的方法。該方法可方便、穩定地獲得N含量可控的高質量高氮無鎳奧氏 體不銹鋼。
根據N在常壓(0.1Mpa)液態鋼中很容易溢出但卻難以從結晶態鋼中跑出 的原理，本發明的關鍵思路是改變了常規的合金化溶解冶煉加N的方法，而采 用在冶煉非氮基礎合金鋼后，向鋼中以加入"變質劑"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時進行澆注，使高 氮合金混合存留在凝固的基礎合金鋼中。然后通過這種鋼的熱變形加工和固溶 處理，使混合在鋼中的高氮合金分解、擴散、固溶于奧氏體中，從而制成了高 氮無鎳奧氏體不銹鋼。這種在常壓下制造高氮無鎳奧氏體不銹鋼的具體方法是
將精煉待澆注的微碳Cr-Mn基礎鋼液在澆注前或者澆注的同時快速加入高 氮合金，并進行快速混合攪拌，再快速將這種含有未溶或微溶高氮合金的鋼液 澆鑄成鋼材，再通過熱變形加工和固溶處理把鋼材中的高氮合金分解、固溶于 奧氏體中。
上述所說的微碳Cr-Mn基礎鋼液是C《0.1(wt%)、 P與S《0.01(wt%)，以 Cr、 Mn為主要合金成分的鐵基合金。在微碳Cr-Mn基礎鋼液中還可少量加入 Cu、 Mo、 Al、 Ti、 V等有益元素。
上述所說的用含有未溶或微溶高氮合金的鋼液澆鑄成的鋼材是指鋼錠或連 鑄鋼坯或有形鋼件。
上述所說的微碳Cr-Mn基礎鋼液在澆注的同時快速加入高氮合金的方法適 用于向鑄模澆注固定形狀鋼件的制造；還適用于向結晶器澆注連鑄鋼坯的制造。即上述所說的微碳Cr-Mn基礎鋼液在澆注的同時加入高氮合金的方法可以是 把鋼液向鑄模澆注的同時加入高氮合金；也可以是把鋼液向連鑄結晶器連續澆 入的同時將高氮合金也連續均勻加入。
上述所說的高氮合金是指氮化物或者含氮合金或者是兩者的混合物。
上述所說的高氮合金的形狀為粒狀或條狀或片狀或上述的混合形狀。若在 澆注前加入高氮合金，則高氮合金的粒度可按高氮合金成分不同可選擇在2 50 目之間；若在澆注的同時加入高氮合金，則高氮合金的粒度按高氮合金成分不 同可選擇在30 300目之間。
上述所說的高氮合金可以是普通造粒方法獲得的表面裸露的高氮合金，也 可以是表面有包覆材料的高氮合金。高氮合金表面包覆的目的是為了阻止或減 緩高氮合金在鋼液中的溶解，延長混合時間。
上述所說的包覆材料為純金屬或者合金或者金屬化合物。如Fe(鐵)、Cr(鉻)、 Mn (錳)、TiN (氮化鈦)等。上述所說的包覆材料可以采用電鍍或化學鍍或氣 相沉積的方法獲得。
上述所說的快速混合攪拌可以是靠鋼液澆注流動攪拌或者電磁攪拌或者吹 氬攪拌。
上述所說的澆注前加入高氮合金并進行快速混合攪拌的攪拌時間為 5~100s。
上述所說的固溶處理的溫度為950~1150°C，保溫時間為6 15h。保溫時間 較長的原因是高氮合金在鋼澆注凝固后未溶解或只是微溶于鋼中，因此要使高 氮合金充分分解、擴散、固溶于奧氏體中則需要較長時間的固溶處理。固溶處 理的溫度與保溫時間還應該根據添加高氮合金成分和粒度來確定。
本發明的優點在于提供了一種常壓下冶煉和制造高氮無鎳奧氏體不銹鋼 方法，冶煉設備要求簡單、生產成本低、效率高，工藝簡單、控N準確的，便 于大規模實際生產。可以獲得0.6 1.2(wtW)高含N量的奧氏體不銹鋼。


下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。 圖1是本發明所述高氮無鎳奧氏體不銹鋼中高氮合金未溶解的金相組織圖。 圖2是本發明所述高氮無鎳奧氏體不銹鋼中高氮合金溶解后的金相組織圖。圖3是本發明所述高氮無鎳奧氏體不銹鋼透射電鏡(TEM)組織觀察圖。 圖4是本發明所述高氮無鎳奧氏體不銹鋼TEM電子衍射環圖。
具體實施例方式
實施例1:
先用感應電爐初煉100kg的Cr-Mn基礎鋼后進行轉爐精煉，調整化學成分 為(wt%): C0.03; Cr9; Mnl4; Si0.58; Mo 1.5; P《0.02; S《0.02;余為鐵。
將12kg粒度為20目的含63%Cr、 8%N的高氮鉻鐵合金和3kg粒度為80 目的氮化鉻混合制成高氮合金粉料。
將Cr-Mn基礎鋼液和配制好的高氮合金混合固料一起澆入20X 80mm方形 結晶器，同時進行電磁攪拌，快速凝固為鋼坯。金相檢驗如圖1所示，可看到 條狀和球狀的未溶解氮化物和高溫鐵素體。
把鋼坯加熱到120(TC軋制成板材后進行固溶化處理，固溶化溫度為IOOO'C。 其金相檢驗如圖2所示，高氮合金已被完全溶解。再經透射電鏡(TEM)組織 觀察(如圖3所示)與電子衍射環(如圖4所示)分析，證明為單相奧氏體組 織。性能分析表明其耐腐蝕性明顯好于1Crl8Ni9Ti奧氏體不銹鋼；屈服強度 o 0.2》550Mpa，抗拉強度達o b》890Mpa，延伸率S》40%。成分檢驗(wt0/0》 C0.05; Crl8; Mnl2; Si0.46; N0.78; Mol.2; P《0.02; S《0.02;余為鐵。
實施例2:
精煉100kgCr-Mn基礎鋼，調整化學成分為(wt%): C0.03; Crl2; Mnl8; Si0.58; Mol.5; P《0.02; S《0.02;余為鐵。控制鋼液溫度1650°C。
向鋼液中加入表面鍍Cr的高氮鉻鐵合金粉(50目，63%Cr， 8%N) 15kg， 并電磁攪拌30s后，快速澆入冷卻能力高的錠模，快速凝固成鋼錠，再如前述進 行熱軋及固溶處理。成分檢驗(wt。/。) C0.045; Cr21; Mnl5; Si0.42; N0.93; Mol.2; P《0.02; S《0.02;余為鐵。顯微組織為面心立方晶格的單相奧氏體。
權利要求
1. 一種在常壓下制造高氮無鎳奧氏體不銹鋼的方法，其特征是將精煉待澆注的微碳Cr-Mn基礎鋼液在澆注前或者澆注的同時快速加入高氮合金，并進行快速混合攪拌，再快速將這種含有未溶或微溶高氮合金的鋼液澆鑄成鋼材，再通過熱變形加工和固溶處理把鋼材中的高氮合金分解、固溶于奧氏體中。
2、 如權利要求1所述的方法，其特征是所說的微碳Cr-Mn基礎鋼液在澆注 的同時加入高氮合金的方法是把鋼液向鑄模澆注的同時加入高氮合金，或者是 把鋼液向連鑄結晶器連續澆入的同時將高氮合金也連續均勻加入。
3、 如權利要求l、 2所述的方法，其特征是所說的高氮合金是普通造粒方 法獲得的表面裸露的高氮合金，或者是表面有包覆材料的高氮合金。
4、 如權利要求3所述的方法，其特征是所說的包覆材料為純金屬或者合金 或者金屬化合物。
5、 如權利要求1述的方法，其特征是所說的快速混合攪拌是靠鋼液澆注流 動攪拌或者電磁攪拌或者吹氬攪拌。
6、 如權利要求1、 5所述的方法，其特征是所說的澆注前加入高氮合金并 進行快速混合攪拌的攪拌時間為5-100s。
全文摘要
本發明提供了一種可在常壓下冶煉制造高氮無鎳奧氏體不銹鋼的方法。其方法是將精煉待澆注的微碳Cr-Mn基礎鋼在澆注前或者澆注的同時快速加入高氮合金，并進行快速混合攪拌，再快速將含有未溶或者微溶高氮合金的鋼液澆鑄成坯料，然后再進行熱變形加工和固溶處理，可獲得氮含量(wt％)0.6～1.2的單相奧氏體不銹鋼。該方法可完全在常壓下進行此操作，不需要高壓冶煉，生產成本低、效率高，工藝簡單、控N準確，可制成各種型材，適合大規模生產。
文檔編號C22C33/04GK101285148SQ20081005079
公開日2008年10月15日 申請日期2008年6月4日 優先權日2008年6月4日
發明者劉云旭, 化 吳, 季長濤, 淮 王 申請人:長春工業大學