CN102888550A

CN102888550A - 一种高纯洁度高氮双相不锈钢的冶炼方法

Info

Publication number: CN102888550A
Application number: CN2012104279908A
Authority: CN
Inventors: 宋志刚; 丰涵; 郑文杰
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2013-01-23

Abstract

一种高纯洁度高氮双相不锈钢的冶炼方法，涉及不锈钢冶炼技术领域。通过真空熔炼钢水+充氮精炼的复合工艺进行高纯洁度高氮双相不锈钢的冶炼，通过控制充氮时的氮压和充氮的精炼时间来调节高氮双相不锈钢的氮含量。钢的成分适用范围：Cr：20～30%，Ni：5～9%，Mo：2～5%，N：0.15～0.50%，余量为Fe及不可避免的杂质。冶炼时氮压控制范围为：0.35MPa～0.70MPa，熔炼时间为5～20分钟；精炼保持氮压为0.35MPa～0.70MPa，时间为：10～30分钟。优点在于，与现有的冶炼方法相比，易于操作，可准确调节钢中的氮含量，在常压或负压下冶炼，生产成本低。冶炼钢的纯洁度更高。

Description

一种高纯洁度高氮双相不锈钢的冶炼方法

技术领域

本发明涉及不锈钢冶炼技术领域，尤其是提供了一种高纯洁度高氮双相不锈钢的冶炼方法。

背景技术

不锈钢主要分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢五类。双相不锈钢由于具有奥氏体+铁素体两相组织，兼具高强度和优良耐蚀性，因此成为新的发展热点。

氮是强烈的奥氏体相形成元素，在双相不锈钢中具有扩大和稳定奥氏体组织的能力，在对奥氏体形成贡献上，氮当量是镍当量的30倍。随着氮元素的加入，可以显著改善改善不锈钢的耐一般腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀和晶间腐蚀的性能，还可以显著减轻铬、钼等元素在双相不锈钢两相中的差异，使得焊接状态下HAZ的韧性和耐蚀性能接近于母材性能。此外由于可以提高奥氏体相稳定性，氮还降低了有害金属间相的形成速率。因此从第二代双相不锈钢开始就加入氮元素，并推出了氮含量更高的超级和特超级双相不锈钢。

目前传统的增氮工艺大多是高氮奥氏体钢/合金的增氮工艺，由于氮在铁素体相中的溶解度远小于其在奥氏体相中溶解度，相比于奥氏体不锈钢，冶炼高氮双相不锈钢更加困难。

从增氮工艺考虑，双相不锈钢的传统冶炼方法是使用氮化铬铁、氮化锰铁、氮化硅等富氮合金进行增氮合金化（CN100593578C），但是一方面这些合金价格较高、并且要求冶炼时的温度较高，不利于生产操作；另一方面，钢中夹杂数量偏多、纯洁度不高，生产成本较高。在高氮奥氏体钢的冶炼方面，已有人采用喷吹氮气/氨气/氮气+氨气的增氮方法（CN100532608C、CN100567512C），但由于增氮方式为喷吹，一方面不易控制钢中的氮含量，两一方面由于大量喷吹时很容易造成钢液温度过快下降，增氮速度受限，而且影响出钢。此外氨分解产生氮气的增氮方式（CN1263879C）对生产装置的要求较高，冶炼时间长。加压氮气的方法（CN101260478B）有利于提高氮在钢中的溶解度，但在冶炼双相不锈钢时，由于需要专用高压装置，生产成本很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高纯洁度高氮双相不锈钢的冶炼方法，解决了以上生产成本很高等问题。

本发明通过真空熔炼钢水+充氮精炼的复合工艺进行高纯洁度高氮双相不锈钢的冶炼，通过控制充氮时的氮压和充氮精炼时间来调节高氮双相不锈钢的氮含量。钢的成分适用范围为：Cr：20～30%，Ni：5～9%，Mo：2～5%，N：0.15～0.50%，余量为Fe及不可避免的杂质。冶炼时氮压控制范围为：0.35MPa～0.70MPa，精炼时间范围为：10～30分。本发明与现有的冶炼方法相比，易于操作，可准确调节钢中的氮含量，在常压或负压下冶炼，生产成本低；冶炼钢的纯洁度更高。

为达上述目的，本发明冶炼工艺及控制的技术参数为：

（1）使用真空感应炉熔炼钢水，熔炼时真空度为10～50Pa，熔炼时间为5～20分钟；

（2）向感应炉中充入氮气，保持氮压为0.35MPa～0.70MPa，继续精炼10～30分钟；浇注凝固后得到高纯高氮双相不锈钢。

在步骤（1）中，采用真空条件下感应熔炼，有利于钢水脱氧，以获得高纯洁度的钢水。

在步骤（2）中，在常压或负压下通入氮气进行增氮，氮气为高纯氮，纯度为99.999%。通过控制氮压和精炼时间来调节高氮双相不锈钢的氮含量，获得高纯洁度高氮双相不锈钢。

所得到的高氮双相不锈钢的氮含量≥0.15%，硫含量≤0.008%，磷含量≤0.010%，均为重量百分比。

由于采用了以上技术方案，使本发明具备以下的优点：

（1）本方法和使用氮化铬铁等富氮合金增氮的方法相比，钢的纯洁度更高，成本更低。

（2）本方法采用常压或负压条件通入氮气的方式增氮，比喷吹方式增氮的效果更好，更容易控制钢中氮含量和钢液的温度；和采用加压方式增氮的方法相比，设备成本大幅降低，且增氮效果满足冶炼要求。

（3）本方法采用真空熔炼钢水，比一般冶炼炉冶炼钢的纯洁度更好。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明，但本发明并不仅限于所述实施例。

实施例1：采用氮化铬铁增氮方法和本专利方法冶炼2507Mo3N双相不锈钢的效果对比

以石墨碳、纯铬、纯钼、纯镍、纯铁、铝、硅、锰和氮化铬铁进行原料配比，采用氮化铬铁增氮方法进行冶炼：将纯铁、纯铬、纯镍、纯钼、硅和锅碳加入真空感应炉的坩埚中，抽真空至35Pa后，调节50kw功率加热至炉料全熔后熔炼12分钟，再将感应炉的斗内的纯铝料投入。脱氧后充入氩气保护，再投入斗内的纯锰、斗碳和氮化铬铁，脱氧并调节钢中的氮含量。停电调温后出钢，冶炼成1#钢锭。

另外以石墨碳、纯铬、纯钼、纯镍、纯铁、铝、硅、锰进行原料配比，采用本专利方法进行冶炼：将纯铁、纯铬、纯镍、纯钼、硅和锅碳加入真空感应炉的坩埚中，抽真空至35Pa后，调节50kw功率加热至炉料全熔后熔炼10分钟，再将感应炉的斗内的纯铝料投入。此时缓慢通入高纯氮气，控制氮压为0.57MPa，将功率调节到20kw再精炼12分钟。精炼结束后，再投入斗内的纯锰、斗碳脱氧。停电调温后出钢，冶炼成2#钢锭。

对1#、2#钢的主要成分进行化学分析，结果见表1。

表1. 化学成分分析结果

可见，在冶炼相同氮含量的2507Mo3N钢时，采用本专利方法冶炼的钢的S、P含量较低，纯洁度较高。另外，采用本专利方法的成本更低。

实施例2：采用本专利方法冶炼不同成分高氮双相不锈钢：

以石墨碳、纯铬、纯钼、纯镍、纯铁、铝、硅、锰进行原料配比后开始冶炼：将纯铁、纯铬、纯镍、纯钼、硅和锅碳加入真空感应炉的坩埚中，抽真空至35Pa后，调节50kw功率加热至炉料全熔后熔炼10分钟，再将感应炉的斗内的纯铝料投入。此时缓慢通入高纯氮气，控制氮压为0.60MPa，将功率调节到20kw再精炼12分钟。精炼结束后，再投入斗内的纯锰、斗碳脱氧。停电调温后出钢，冶炼成3#钢锭。

再以石墨碳、纯铬、纯钼、纯镍、纯铁、铝、硅、锰进行原料配比后开始冶炼：将纯铁、纯铬、纯镍、纯钼、硅和锅碳加入真空感应炉的坩埚中，抽真空至35Pa后，调节50kw功率加热至炉料全熔后熔炼10分钟，再将感应炉的斗内的纯铝料投入。此时缓慢通入高纯氮气，控制氮压为0.65MPa，将功率调节到20kw再精炼12分钟。精炼结束后，再投入斗内的纯锰、斗碳脱氧。停电调温后出钢，冶炼成4#钢锭。

对2#、3#、4#钢的主要元素进行化学分析，结果见表2。

表2. 化学成分分析结果

Claims

1.一种高纯洁度高氮双相不锈钢的冶炼方法，钢的成分适用范围为：Cr：20～30%，Ni：5～9%，Mo：2～5%，N：0.15～0.50%，余量为Fe及不可避免的杂质；其特征在于，冶炼工艺及控制的技术参数为：

（2）向感应炉中充入氮气，保持氮压为0.35MPa～0.70MPa，继续精炼10～30分钟；浇注凝固后得到高纯高氮双相不锈钢；

所述的高纯高氮双相不锈钢的氮含量≥0.15%，硫含量≤0.008%，磷含量≤0.010%，均为重量百分比。

2.根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于：在步骤（2）中，在常压或负压下通入氮气进行增氮，氮气为高纯氮，纯度为99.999%。