一種熔煉高強度不銹鋼的方法
【專利摘要】本發明涉及一種熔煉高強度不銹鋼的方法，其特征在于：先熔煉高氮合金熔體，再向高氮合金熔體中添加基礎鋼材料，待完全熔化后并均勻后出爐澆注，其有利于高氮合金與基礎鋼材料平穩熔合，顯著減少氮逸出，可得到氮含量較高且較穩定的高氮鋼熔體，從而獲得氣泡少、氮含量高的高氮鋼坯，檢測氮含量最高可達到0.90wt%。
【專利說明】-種熔煉高強度不銹鋼的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種熔煉高強度不銹鋼的方法，是一種常壓冶煉高氮不銹鋼的方法，屬于鋼鐵冶煉領域。
【背景技術】
[0002]高氮不銹鋼(以下稱高氮鋼)以其節鎳、耐蝕、高強度、高塑性等優異性能受到矚目，作為高強韌同時耐蝕不銹的新型鋼種可在更寬闊更復雜的領域獲得廣泛應用。
[0003]高氮鋼主要化學元素組成為鐵(Fe)、鉻(Cr)、錳(Mn)、氮(N)及少量鑰(Mo)、銅(Cu)、硅(Si)、鈮(Nb)、釩(V)、鈦(Ti)等，其中氮元素的含量應≤0.6wt%。在高氮鋼冶煉時氮較難加入并易從熔體中逸出形成氮氣，因此一般采用高壓力下冶煉，限制了產量。`200810050792.8專利申請提出了常壓下將高氮鉻鐵加入Fe-Mn熔體冶煉高氮鋼的方法，201210458675.1專利申請也提出了常壓下將氮化錳加入Fe-Cr熔體冶煉高氮鋼的方法，使高氮鋼常壓下生產成為可能。但向Fe-Mn熔體加入高氮鉻鐵仍然有大量的氮逸出，需要快節奏操作，而且未溶解的高氮鉻鐵在澆注凝固時還會因固液面溶氮能力不足而產生的大量氮氣泡不能在熔體凝固前及時逸出，滯留于鋼坯中形成氣泡缺陷，而且成錠后氮含量不穩定，需要較長時間固溶處理以消除氮化物和鐵素體；而向Fe-Cr熔體加入氮化錳過程也會因其熔點低且不穩定并有大量錳被氧化導致大量氮逸出，也難以得到氮含量較高的高氮鋼。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供一種熔煉高強度不銹鋼的方法，可顯著減少高氮鋼熔煉時大量氮的逸出，得到氮含量較高且穩定的高氮鋼熔體，從而獲得氣泡少、氮含量高的高氮鋼坯。
[0005]本發明的技術方案是這樣實現的:一種熔煉高強度不銹鋼的方法，其特征在于:先熔煉高氮合金熔體，再向高氮合金熔體中添加基礎鋼材料，待完全熔化后并均勻后出爐澆注，其中具體步驟如下:
1)先熔煉高氮合金熔體，其高氮合金組成為高氮鉻鐵和氮化鉻鐵及氮化錳的混合物，高氮鉻鐵和氮化鉻的混合比例為任意，氮化錳所占比例< 40wt% ;將高氮合金快速熔化為熔體并將熔體保持在能夠維持熔體狀態的較低溫度，保持在1450°C~1600°C范圍內，控制氮含量為2~10wt% ；
2)向高氮合金熔體添加固態金屬錳，獲得高錳高氮合金熔體，金屬錳添加量按高氮鋼設計成分計算為高氮鋼重量的5~30wt%，其熔體溫度為維持熔體狀態的較低溫度，溫度范`圍為 1450°C~1600°C ；
3)向高錳高氮合金熔體添加固態金屬鐵及其它元素獲得高氮鋼熔體；金屬鐵添加量按高氮鋼設計成分計算為高氮鋼重量的30~60wt% ;其它元素包括鑰、鈮、銅、鈦、釩、稀土等，其添加量按高氮鋼設計成分計算為高氮鋼重量的O~8wt% ;其熔體溫度為維持熔體狀態的較低溫度，溫度范圍為1450°C~1600°C ;待熔體中固態物完全熔化后繼續均勻攪拌O~15min，然后快速溫度至1550°C~1650°C后出爐澆注。
[0006]所述的向高錳高氮合金熔體添加的固態金屬鐵形狀為粒狀或條狀，其粒狀尺寸為Φ I~Φ 30mm ;其條狀截面尺寸為Φ I~Φ 30_。
[0007]所述的金屬鐵為工業純鐵或碳含量 0.lwt%的低碳鋼。
[0008]所述的添加粒狀或條狀固態工業純鐵為連續添加，其添加速度為 1000kg/min。
[0009]所述的其它元素中，鑰5.0wt%,鈮(0.5wt%，銅(3.0wt%,鈦(0.5wt%，釩 0.5wt%,稀土< 0.5wt%0
[0010]上述冶煉過程的脫S、脫P、脫O及造渣、除渣方法為常規煉鋼操作方法。
[0011]本發明的積極效果是常規煉鋼工藝過程一般是先熔煉好基礎鋼水后，再向其鋼水中添加所需的各種合金元素，待合金元素熔入鋼水并均勻后，再出爐澆注。用常規煉鋼工藝熔煉高氮鋼也是先熔煉Fe-Mn或Fe-Mn-Cr的基礎鋼水，再向基礎鋼水中添加固態高氮合金，該添加過程容易出現氮大量逸出，主要原因是:氮含量較高的含氮鉻鐵在Fe-Mn熔體中快速熔化致使大量氮在固液界面快速被釋放，卻又不能及時被熔氮能力較差的Fe-Mn熔體快速吸收，導致大量氮逸出為氮氣。為此本發明將熔煉高氮鋼工序顛倒，先將保氮能力強的高氮合金熔化為熔體，再向其熔體中添加金屬錳，以進一步提高保氮能力并降低其熔體中的氮濃度，最后加入金屬鐵，使高氮合金中的氮受液態高氮合金熔體的保護而不會在固液界面大量釋放；其有利于高氮合金與基礎鋼材料平穩熔合，顯著減少氮逸出，可得到氮含量較高且較穩定的高氮鋼熔體，從而獲得氣泡少、氮含量高的高氮鋼坯，檢測氮含量最高可達到 0.90wt%o
【具體實施方式】
[0012]試驗用材料為工業純鐵(C ( 0.05wt%,塊狀尺寸50X50X50mm)、高氮鉻鐵(N=8wt%, Cr=60wt%)、氮化鉻鐵(N=3wt%, Cr=60wt%)、氮化猛(氮化金屬猛N=7wt%, Mn=90wt%)、電解金屬猛(Mn 98wt%)；
試驗用熔化爐采用為一臺5T中頻感應爐；
試驗主要設計成分為:C 0.05wt%, Cr=18 ~20wt%,Mn=15 ~18wt%, N=0.7 ~1.0 wt%,Mo、S1、S、P等其它元素3wt%，余量為Fe ；
每次試驗制備高氮鋼重量約5000kg。
[0013]實施例1
以氮化鉻鐵為主要加氮合金制備高氮鋼:
材料準備總重量為5030kg，其中:
基礎鋼主要材料為:工業純鐵2400kg，電解金屬錳960kg ；
制備高氮合金熔體材料為:氮化鉻鐵1660kg.步驟:
I)用中頻感應爐制備高氮合金熔體:將氮化鉻鐵全部加入爐內升溫加熱直至全部熔化后，調整其熔體溫度為1600°C~1650°C之間。
[0014]2)向爐內添加全部電解金屬錳直至全部熔化，調整其熔體溫度1500°C~1580°C之間。[0015]3)向爐內逐步添加工業純鐵，添加速度為1000kg/min，熔體溫度控制在1500°C-1560°C之間。
[0016]4)添加完成后，保持熔體溫度為1500°C-1560°C，同時利用中頻電磁作用均勻攪拌Imin后，將熔體溫度升至1620°C并脫氧出渣后進行取樣和出爐澆注。
[0017]檢測獲得高氮鋼4966kg，檢測其主要化學成分為:C=0.044wt%, Cr=19.7wt%，Μη=17.lwt%, N=0.83wt%, Fe=58.6wt%，余為其它元素。
[0018]實施例2
以高氮鉻鐵為主要加氮合金制備高氮鋼:
材料準備總重量為5050kg，其中:
基礎鋼主要材料為:工業純鐵2400kg，電解金屬錳975kg ；
制備高氮合金熔體材料為:氮化鉻鐵1670kg。
[0019]步驟:
I)用中頻感應爐制備高氮合金熔體:將高氮鉻鐵全部加入爐內升溫加熱直至全部熔化后，調整其熔體溫度為1600°c-1650°C之間。
[0020]2)向爐內添加全部電解金`屬錳直至全部熔化，調整其熔體溫度1500°C-1550°C之間。
[0021]3)向爐內逐步添加工業純鐵，添加速度添加速度為800kg/min，熔體溫度控制在1500。。-1550°C 之間。
[0022]4)添加完成后，保持熔體溫度為1500°C-1530°C，同時利用中頻電磁作用均勻攪拌15min后，將熔體溫度升至1650°C并脫氧出渣后進行取樣和出爐澆注。
[0023]檢測獲得高氮鋼4957kg，檢測其主要化學成分為:C=0.045wt%, Cr=19.8wt%，Μη=16.4wt%, N=0.86wt%, Fe=58.5wt%，余為其它元素。
[0024]實施例3
高氮鉻鐵50wt%和氮化鉻鐵50wt%為主要加氮合金制備高氮鋼:
材料準備總重量為5050kg，其中:
基礎鋼主要材料為:工業純鐵2400kg，電解金屬錳975kg。
[0025]制備高氮合金熔體材料為:氮化鉻鐵835kg，高氮鉻鐵835kg。
[0026]步驟:
I)用中頻感應爐制備高氮合金熔體:將氮化鉻鐵和高氮鉻鐵全部加入爐內升溫加熱直至全部熔化后，調整其熔體溫度為1600°C-1650°C之間。
[0027]2)向爐內添加全部電解金屬錳直至全部熔化，調整其熔體溫度1500°C-1540°C之間。
[0028]3)向爐內逐步添加工業純鐵，添加速度添加速度為600kg/min，熔體溫度控制在1500°C -1540°C 之間。
[0029]4)添加完成后，保持熔體溫度為1500°C-1530°C，同時利用中頻電磁作用均勻攪拌5min后，將熔體溫度升至1630°C并脫氧出渣后進行取樣和出爐澆注。
[0030]檢測獲得高氮鋼4960kg，檢測其主要化學成分為:C=0.045wt%, Cr=19.5wt%，Μη=16.9wt%, N=0.90wt%, Fe=58.4wt%，余為其它元素。
[0031]實施例4氮化鉻鐵50wt%、高氮鉻鐵40wt%、氮化錳10wt%為主要加氮合金制備高氮鋼:
材料準備總重量為5050kg，其中:
基礎鋼主要材料為:工業純鐵2400kg，電解金屬錳975kg。
[0032]制備高氮合金熔體材料為:氮化鉻鐵835kg，高氮鉻鐵835kg。
[0033]步驟:
I)用中頻感應爐制備高氮合金熔體:將氮化鉻鐵和高氮鉻鐵全部加入爐內升溫加熱直至全部熔化后再加入氮化錳，調整其熔體溫度為1580°C-1620°C之間。
[0034]2)向爐內添加全部電解金屬錳直至全部熔化，調整其熔體溫度1500°C-1530°C之間。[0035]3)向爐內逐步添加工業純鐵，添加速度為600kg/min，熔體溫度控制在1500°C-1530°C之間。
[0036]4)添加完成后，保持熔體溫度為1500°C-1520°C，同時利用中頻電磁作用均勻攪拌3min后，將熔體溫度升至1550°C并脫氧出渣后進行取樣和出爐澆注。
[0037]檢測獲得高氮鋼4955kg，檢測其主要化學成分為:C=0.047wt%, Cr=18.6wt%，Μη=17.4wt%, N=0.88wt%, Fe=58.6wt%，余為其它元素。
[0038]從上述實施例可以看出，用本發明所述方法制備的高氮鋼都獲得了較高的氮含量，并保證了 Cr、Mn含量在設計的范圍內。
【權利要求】
1.一種熔煉高強度不銹鋼的方法，其特征在于:先熔煉高氮合金熔體，再向高氮合金熔體中添加基礎鋼材料，待完全熔化后并均勻后出爐澆注，其中具體步驟如下: 1)先熔煉高氮合金熔體，其高氮合金組成為高氮鉻鐵和氮化鉻鐵及氮化錳的混合物，高氮鉻鐵和氮化鉻的混合比例為任意，氮化錳所占比例< 40wt% ;將高氮合金快速熔化為熔體并將熔體保持在能夠維持熔體狀態的較低溫度，保持在1450°C-1600°C范圍內，控制氮含量為2-10wt% ； 2)再向高氮合金熔體添加固態金屬錳,獲得高錳高氮合金熔體,金屬錳添加量按高氮鋼設計成分計算為高氮鋼重量的5-30wt%，其熔體溫度為維持熔體狀態的較低溫度，溫度范圍為 1450°C-1600°C ； 3)向高錳高氮合金熔體添加固態金屬鐵及其它元素獲得高氮鋼熔體；金屬鐵添加量按高氮鋼設計成分計算為高氮鋼重量的30-60wt% ;其它元素包括鑰、鈮、銅、鈦、釩、稀土等，其添加量按高氮鋼設計成分計算為高氮鋼重量的O-8wt% ;其熔體溫度為維持熔體狀態的較低溫度，溫度范圍為1450°C-1600°C ;待熔體中固態物完全熔化后繼續均勻攪拌O-15min，然后快速溫度 至1550°C-1650°C后出爐澆注。
2.根據權利要求1所述的一種熔煉高強度不銹鋼的方法，其特征在于所述的固態金屬鐵的形狀為粒狀或條狀，其粒狀尺寸為Φ1-Φ 30mm ;其條狀截面尺寸為Φ1-Φ30ι?πι。
3.根據權利要求1所述的一種熔煉高強度不銹鋼的方法，其特征在于所述的固態金屬鐵為工業純鐵或碳含量< 0.lwt%的低碳鋼。
4.根據權利要求1所述的一種熔煉高強度不銹鋼的方法，其特征在于所述的固態金屬鐵添加粒狀或條狀固態工業純鐵為連續添加，其添加速度為< 1000kg/min。
5.根據權利要求1所述的一種熔煉高強度不銹鋼的方法，其特征在于所述的其它元素中，鑰< 5.0wt%,銀< 0.5wt%,銅< 3.0wt%,欽< 0.5wt%, 0.5wt%,稀土< 0.5wt%。
【文檔編號】C22C38/38GK103451509SQ201310367891
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】王淮, 孫巖鐸 申請人:長春工業大學