一種氮常壓下冶煉高氮不銹鋼的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種高氮不誘鋼冶煉方法，在氮常壓下，加氮 化物冶煉高氮不誘鋼。
【背景技術(shù)】
[0002] 氮能夠穩(wěn)定奧氏體不誘鋼，氮穩(wěn)定奧氏體的能力是鑲的30倍，在不影響塑、初性 的情況下，提高鋼的強(qiáng)度硬度，此外氮還能夠提高鋼的耐腐蝕性，尤其是提供鋼的耐晶界腐 蝕性。
[0003] 很多研究者試圖用各種方法冶煉高氮鋼，有些雖然研究出氮含量很高的鋼種，但 是是在高壓條件下或者針對特定的鋼種而言的（銘、鋪含量高）。因而對設(shè)備的要求高，成 本高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0004] 針對高氮鋼的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)條件的研究相對比較成熟，然而存在一些理解上的 錯(cuò)誤，例如，氮化銘等氮化物的分解溫度的理解。很多研究者通過氮化銘的差熱曲線來分析 它的分解溫度，此方法無可厚非，但是相當(dāng)一部分研究者做氮化銘的差熱時(shí)，用的保護(hù)氣是 氣氣等惰性氣體，而實(shí)際冶煉高氮不誘鋼的氣氛是在氮?dú)鈿夥障?，不同的保護(hù)氣氣氛下，分 解溫度不同。正因?yàn)殚L久的理解上的誤區(qū)，制約了高氮鋼的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是在氮常壓下，在真空感應(yīng)爐內(nèi)，通過向感應(yīng)爐內(nèi)充入氮?dú)饧霸谝?煉末期快速加入氮化物來冶煉高氮奧氏體不誘鋼，W解決高壓冶煉的高成本，同時(shí)為工業(yè) 化生產(chǎn)提供參考。
[0006] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明一種氮常壓下冶煉高氮不誘鋼的方法，包括W下步驟接近 氮常壓下，烙煉末期，通過二次布料倉向真空感應(yīng)爐烙煉室內(nèi)加入氮化物，使其達(dá)到過飽和 狀態(tài)，快速冷卻。具體步驟如下：
[0007] 第一步，根據(jù)目標(biāo)鋼種的要求配置原料，不易揮發(fā)、不易氧化、不易分解的物料由 加料口加入感應(yīng)爐內(nèi)，氮化物、易分解、易揮發(fā)的物料按照分解、揮發(fā)的難易程度加入二次 布料倉；
[000引第二步，打開二次布料倉，開啟機(jī)械累，對感應(yīng)爐烙煉室抽真空；烙煉室真空度控 制在220PaW下；
[0009] 第S步，開啟電源，調(diào)節(jié)功率，預(yù)熱爐料；
[0010] 第四步，同時(shí)開啟羅茲累，深度抽真空，使感應(yīng)爐烙煉室的真空度為58化；
[0011] 第五步，待爐料溫度升至1300~1400°C時(shí)，向感應(yīng)爐烙煉室內(nèi)充入氮?dú)猓範(fàn)t內(nèi) 的壓力小于一個(gè)大氣壓；
[0012] 第六步，爐料溶化后，搖動(dòng)二次布料倉搖桿，將二次布料倉內(nèi)的氮化物加入感應(yīng)爐 烙煉室，烙化后18-20KW下攬拌Imin;
[0013] 第^;：步，待溫度降低至1530~15401：時(shí)，帶功率誘注，在氮?dú)鈿夥障吕鋮s至 1200~1300°C，從爐內(nèi)取出空冷即可。
[0014] 其中第^;：步，在氮?dú)鈿夥障吕鋮s至12501：，從爐內(nèi)取出空冷即可。
[0015] 其中在感應(yīng)爐烙煉室安裝水冷銅壁平臺，在其上安放模具，通過水冷銅壁，增加冷 卻速度，待鋼液凝固至1200°C時(shí)，從感應(yīng)爐烙煉室取出，空冷。
[0016] 其中第五步中，在1300~1400 °C時(shí)，向真空感應(yīng)爐內(nèi)充入氮?dú)獯髿鈮簽?0.082MPa〇
[0017] 技術(shù)原理；
[0018] 氮?dú)膺M(jìn)入鋼液的界面反應(yīng)方程式：
[0021] 1873K下，鋼液中其他元素對氮的活度系數(shù)的影響：
[0022]
[0023] 任意溫度下，鋼液中其他元素對氮的活度系數(shù)的影響：
[0024]
[0025] 要使氮?dú)庀蜾撘褐性龅?，A0
[0026]即，
[0027]因此臨界情況下，充氮?dú)鈳氲牡馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為
利用 上述公式可W計(jì)算任一溫度，任一成分下，向鋼液中通氮?dú)獾脑龅俊?br>[002引化2N分解反應(yīng)方程式：
[0031]其中，CrgN、Cr W純物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，所W "r,.\= 1 ，3cr= 1。
[003引標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯自由能，=-i?r虹義0 。
[003引因?yàn)榇朔磻?yīng)是可逆反應(yīng)，所。
[0034]即，-RTInK9= 198400-93. 98T
[0035]
[0036] 當(dāng)T= 1873K時(shí)，1(9= 0.237665。
[0037] P=p9XK%所WP= 2. 4081X10中a。
[003引通過W上計(jì)算，當(dāng)尸> 0.2408IMP"時(shí)，&2N不發(fā)生分解。
[0039] 化N分解反應(yīng)方程式；
[0040]
[0041] 反應(yīng)的平衡常蠻
[00創(chuàng)其中，CrN、CrW純物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，所WacrN= 1，aCr= 1。
[0043] 標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯自由能，AfGf=-/、''/'In/r"
[0044] 因?yàn)榇朔磻?yīng)是可逆反應(yīng)，所W:A,.巧：=A,-巧；
[0045] -RTlnK9 = 226800-146. 4T
[0046]
[0047] 當(dāng)T= 1873K時(shí)，1(9= 20. 99665
[0048] P=p9XK%所WP= 2. 1275Xl〇6pa
[0049] 通過W上計(jì)算，當(dāng)尸V, >21刀5M尸"時(shí)，CrN不發(fā)生分解。
[0化日]氮化產(chǎn)物形態(tài)取決于溫度條件，973KW下只有&N生成，而沒有&2N，973KW上時(shí) 氮化銘開始析出化2N。
[0051] 在氮常壓下冶煉不誘鋼，此氣氛高于&2N的分解壓，所W氮常壓 下，化2N不發(fā)生分解。
[0化2] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
[0化3] (1)在氮常壓下，通過添加氮化物，冶煉高氮不誘鋼，抑制了氮化銘、氮化鋪等氮化 物分解的同時(shí)，大大降低了高壓設(shè)備的高成本。
[0化4] (2)通過熱力學(xué)計(jì)算及差熱試驗(yàn)，闡述了氮常壓下，可W抑制氮化銘、氮化鋪等氮 化物的分解，為通過氮化銘等氮化物增氮提供了理論指導(dǎo)。
[0化5] (3)指出了冶煉高氮不誘鋼的途徑，可W通過在感應(yīng)爐烙煉室內(nèi)添加水冷銅壁來 提高冷卻速度，W冶煉更高含氮量的不誘鋼。
[0化6] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
【附圖說明】
[0057] 圖1為本發(fā)明氮?dú)鈿夥障碌懙腡G、DSC曲線；
[0058] 圖2為本發(fā)明氮?dú)鈿夥障碌伒腡G、DSC曲線；
[0化9] 圖3為本發(fā)明氮?dú)鈿夥障碌掬伒腡G、DSC曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0060] W下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說明。
[0061] 實(shí)驗(yàn)鋼化學(xué)成分及含量設(shè)計(jì)（Wt% )見表1所示：
[0062]
[006引實(shí)施例（W冶煉化g30化為目標(biāo)）；
[0064] 第一步，根據(jù)目標(biāo)鋼種的要求配置原料，向真空感應(yīng)爐內(nèi)加入600.llg純鑲、 1834. 58g微碳銘鐵、3147. 62g純鐵，向二次布料倉按照加入合金料的順序加入275. 99g氮 化銘、141. 75g氮化鋪；
[00化]第二步，打開二次布料倉，開啟機(jī)械累，對感應(yīng)爐烙煉室抽真空；烙煉室真空度控 制在220PaW下；
[0066] 第S步，開啟電源，慢慢調(diào)節(jié)功率，按照每20min增加5KW的速度調(diào)節(jié)功率，預(yù)熱爐 料；
[0067] 第四步，同時(shí)開啟羅茲累，深度抽真空，使感應(yīng)爐烙煉室的真空度為58化；
[0068] 第五步，待爐料溫度升至1300~1400°C時(shí)，向感應(yīng)爐烙煉室內(nèi)充入氮?dú)?，使?fàn)t內(nèi) 的壓力為0. 〇82MPa;
[0069] 第六步，爐料溶化后，搖動(dòng)二次布料倉搖桿，將二次布料倉內(nèi)所述氮化銘加入烙煉 室，5min后加入所述氮化鋪，Imin后18-20KW下攬拌Imin;
[0070] 第^;：步，待溫度降低至 1530~15401：時(shí)，帶功率誘注。在氮?dú)夥障吕鋮s至1250°C 左右，從爐內(nèi)取出空冷。
[0071] 實(shí)驗(yàn)鋼化學(xué)成分及含量（wt% )見表2所示：
[0072]
[0073] 通過本實(shí)施例的設(shè)計(jì)成分表1及化驗(yàn)成分表2,并結(jié)合附圖1，圖2可W發(fā)現(xiàn)，通過 本發(fā)明，向鋼液中增氮是兩種方式的綜合結(jié)果。一種是氮常壓下抑制氮化物的分解增氮，另 一種是氮?dú)庠龅?br>[0074] 本發(fā)明所述的氮化物，并不局限于氮化銘、氮化鋪，此外還包括諸如氮化娃鋪、氮 化饑、氮化鐵、氮化娃等氮化物。所有在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下，通過添加氮化物，抑制氮化物分解 來冶煉高氮鋼的方式，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0075] 本發(fā)明所述的在模具下方安裝水冷銅壁控制冷卻速度，僅僅是示意性，并不局限 于具體的形式，任何在本發(fā)明的宗旨下，通過加快鋼液冷卻速度，來使得鋼液快速凝固的形 式，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0076] W上所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范 圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方 案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種氮常壓下冶煉高氮不銹鋼的方法，其特征在于包括以下步驟： 第一步，根據(jù)目標(biāo)鋼種的要求配置原料，不易揮發(fā)、不易氧化、不易分解的物料由加料 口加入感應(yīng)爐內(nèi)，氮化物、易分解、易揮發(fā)的物料按照分解、揮發(fā)的難易程度加入二次布料 倉； 第二步，開啟機(jī)械泵，對感應(yīng)爐熔煉室抽真空；熔煉室真空度控制在220Pa以下； 第三步，開啟電源，調(diào)節(jié)功率，預(yù)熱爐料； 第四步，同時(shí)開啟羅茲泵，深度抽真空，使感應(yīng)爐熔煉室的真空度為58Pa ; 第五步，待爐料溫度升至1300~1400°C時(shí)，向感應(yīng)爐熔煉室內(nèi)充入氮?dú)?，使?fàn)t內(nèi)的壓 力小于一個(gè)大氣壓； 第六步，爐料溶化后，將二次布料倉內(nèi)的氮化物加入感應(yīng)爐熔煉室，熔化后18-20KW下 攪拌Imin ; 第七步，待溫度降低至1530~1540°C時(shí)，帶功率澆注，在氮?dú)鈿夥障吕鋮s至1200~ 1300 °C，從爐內(nèi)取出空冷即可。2. 如權(quán)利要求1所述的氮常壓下冶煉高氮不銹鋼的方法，其特征在于，第七步，在氮?dú)?氣氛下冷卻至1250°C，從爐內(nèi)取出空冷即可。3. 如權(quán)利要求1所述的氮常壓下冶煉高氮不銹鋼的方法，其特征在于，在感應(yīng)爐熔 煉室安裝水冷銅壁平臺，在其上安放模具，通過水冷銅壁，增加冷卻速度，待鋼液凝固至 1200 °C時(shí)，從感應(yīng)爐熔煉室取出，空冷。4. 如權(quán)利要求1所述的氮常壓下冶煉高氮不銹鋼的方法，其特征在于，第五步中，在 1300~1400°C時(shí)，向真空感應(yīng)爐內(nèi)充入氮?dú)庵翚鈮簽?. 082MPa。5. 如權(quán)利要求1所述的氮常壓下冶煉高氮不銹鋼的方法，其特征在于，所述氮化物包 括氮化鉻、氮化錳、氮化硅錳、氮化釩、氮化鈦或氮化硅中的一種或兩種以上任意比例的混 合物。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氮常壓下冶煉高氮不銹鋼的方法，屬于冶金產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域。方法為：準(zhǔn)備原料，向感應(yīng)爐內(nèi)和二次布料倉內(nèi)加入原料；抽真空至感應(yīng)爐內(nèi)的真空度為58Pa；在真空環(huán)境下，預(yù)熱感應(yīng)爐內(nèi)爐料；溫度達(dá)到1300-1400℃時(shí)，開啟充氣閥，向感應(yīng)爐內(nèi)充入氮?dú)?，使?fàn)t內(nèi)的壓力為0.082MPa；繼續(xù)升溫，待鋼液熔化后，通過二次布料倉向感應(yīng)爐熔煉室內(nèi)加入氮化物；待其熔化后，18-20KW下攪拌，使鋼液成分均勻；澆注和凝固；脫模。本發(fā)明，通過添加氮化物，在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下，阻止氮化物的分解，從而實(shí)現(xiàn)了低成本冶煉高氮鋼。
【IPC分類】C21C5/52
【公開號】CN104988279
【申請?zhí)枴緾N201510433958
【發(fā)明人】楊吉春, 丁海峰, 張春香
【申請人】內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月22日