CN103451509A - 一种熔炼高强度不锈钢的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种熔炼高强度不锈钢的方法，其特征在于：先熔炼高氮合金熔体，再向高氮合金熔体中添加基础钢材料，待完全熔化后并均匀后出炉浇注，其有利于高氮合金与基础钢材料平稳熔合，显著减少氮逸出，可得到氮含量较高且较稳定的高氮钢熔体，从而获得气泡少、氮含量高的高氮钢坯，检测氮含量最高可达到0.90wt%。

Description

一种熔炼高强度不锈钢的方法
技术领域
本发明涉及一种熔炼高强度不锈钢的方法，是一种常压冶炼高氮不锈钢的方法，属于钢铁冶炼领域。
背景技术
高氮不锈钢（以下称高氮钢）以其节镍、耐蚀、高强度、高塑性等优异性能受到瞩目，作为高强韧同时耐蚀不锈的新型钢种可在更宽阔更复杂的领域获得广泛应用。
高氮钢主要化学元素组成为铁（Fe）、铬（Cr）、锰（Mn）、氮（N）及少量钼（Mo）、铜（Cu）、硅（Si）、铌（Nb）、钒（V）、钛（Ti）等，其中氮元素的含量应≥0.6wt%。在高氮钢冶炼时氮较难加入并易从熔体中逸出形成氮气，因此一般采用高压力下冶炼，限制了产量。200810050792.8专利申请提出了常压下将高氮铬铁加入Fe-Mn熔体冶炼高氮钢的方法，201210458675.1专利申请也提出了常压下将氮化锰加入Fe-Cr熔体冶炼高氮钢的方法，使高氮钢常压下生产成为可能。但向Fe-Mn熔体加入高氮铬铁仍然有大量的氮逸出，需要快节奏操作，而且未溶解的高氮铬铁在浇注凝固时还会因固液面溶氮能力不足而产生的大量氮气泡不能在熔体凝固前及时逸出，滞留于钢坯中形成气泡缺陷，而且成锭后氮含量不稳定，需要较长时间固溶处理以消除氮化物和铁素体；而向Fe-Cr熔体加入氮化锰过程也会因其熔点低且不稳定并有大量锰被氧化导致大量氮逸出，也难以得到氮含量较高的高氮钢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种熔炼高强度不锈钢的方法，可显著减少高氮钢熔炼时大量氮的逸出，得到氮含量较高且稳定的高氮钢熔体，从而获得气泡少、氮含量高的高氮钢坯。
本发明的技术方案是这样实现的：一种熔炼高强度不锈钢的方法，其特征在于：先熔炼高氮合金熔体，再向高氮合金熔体中添加基础钢材料，待完全熔化后并均匀后出炉浇注，其中具体步骤如下：
1）先熔炼高氮合金熔体，其高氮合金组成为高氮铬铁和氮化铬铁及氮化锰的混合物，高氮铬铁和氮化铬的混合比例为任意，氮化锰所占比例≤40wt%；将高氮合金快速熔化为熔体并将熔体保持在能够维持熔体状态的较低温度，保持在1450℃～1600℃范围内，控制氮含量为2～10wt%；
2）向高氮合金熔体添加固态金属锰，获得高锰高氮合金熔体，金属锰添加量按高氮钢设计成分计算为高氮钢重量的5～30wt%，其熔体温度为维持熔体状态的较低温度，温度范围为1450℃～1600℃；
3）向高锰高氮合金熔体添加固态金属铁及其它元素获得高氮钢熔体；金属铁添加量按高氮钢设计成分计算为高氮钢重量的30～60wt%；其它元素包括钼、铌、铜、钛、钒、稀土等，其添加量按高氮钢设计成分计算为高氮钢重量的0～8wt%；其熔体温度为维持熔体状态的较低温度，温度范围为1450℃～1600℃；待熔体中固态物完全熔化后继续均匀搅拌0～15min，然后快速温度至1550℃～1650℃后出炉浇注。
所述的向高锰高氮合金熔体添加的固态金属铁形状为粒状或条状，其粒状尺寸为φ1～φ30mm；其条状截面尺寸为φ1～φ30mm。
所述的金属铁为工业纯铁或碳含量≤0.1wt%的低碳钢。
所述的添加粒状或条状固态工业纯铁为连续添加，其添加速度为≤1000kg/min。
所述的其它元素中，钼≤5.0wt%，铌≤0.5wt%，铜≤3.0wt%，钛≤0.5wt%，钒≤0.5wt%，稀土≤0.5wt%。
上述冶炼过程的脱S、脱P、脱O及造渣、除渣方法为常规炼钢操作方法。
本发明的积极效果是常规炼钢工艺过程一般是先熔炼好基础钢水后，再向其钢水中添加所需的各种合金元素，待合金元素熔入钢水并均匀后，再出炉浇注。用常规炼钢工艺熔炼高氮钢也是先熔炼Fe-Mn或Fe-Mn-Cr的基础钢水，再向基础钢水中添加固态高氮合金，该添加过程容易出现氮大量逸出，主要原因是：氮含量较高的含氮铬铁在Fe-Mn熔体中快速熔化致使大量氮在固液界面快速被释放，却又不能及时被熔氮能力较差的Fe-Mn熔体快速吸收，导致大量氮逸出为氮气。为此本发明将熔炼高氮钢工序颠倒，先将保氮能力强的高氮合金熔化为熔体，再向其熔体中添加金属锰，以进一步提高保氮能力并降低其熔体中的氮浓度，最后加入金属铁，使高氮合金中的氮受液态高氮合金熔体的保护而不会在固液界面大量释放；其有利于高氮合金与基础钢材料平稳熔合，显著减少氮逸出，可得到氮含量较高且较稳定的高氮钢熔体，从而获得气泡少、氮含量高的高氮钢坯，检测氮含量最高可达到0.90wt%。
具体实施方式
试验用材料为工业纯铁（C≤0.05wt%，块状尺寸50×50×50mm）、高氮铬铁（N=8wt%,Cr=60wt%）、氮化铬铁（N=3wt%,Cr=60wt%）、氮化锰（氮化金属锰N=7wt%,Mn=90wt%）、电解金属锰（Mn≥98wt%）；
试验用熔化炉采用为一台5T中频感应炉；
试验主要设计成分为：C≤0.05wt%，Cr=18～20wt%，Mn=15～18wt%，N=0.7～1.0 wt%，Mo、Si、S、P等其它元素≤3wt%，余量为Fe；
每次试验制备高氮钢重量约5000kg。
实施例1
以氮化铬铁为主要加氮合金制备高氮钢：
材料准备总重量为5030kg，其中：
基础钢主要材料为：工业纯铁2400kg，电解金属锰960kg；
制备高氮合金熔体材料为：氮化铬铁1660kg.
步骤：
1）用中频感应炉制备高氮合金熔体：将氮化铬铁全部加入炉内升温加热直至全部熔化后，调整其熔体温度为1600℃～1650℃之间。
2）向炉内添加全部电解金属锰直至全部熔化，调整其熔体温度1500℃～1580℃之间。
3）向炉内逐步添加工业纯铁，添加速度为1000kg/min，熔体温度控制在1500℃～1560℃之间。
4）添加完成后，保持熔体温度为1500℃～1560℃，同时利用中频电磁作用均匀搅拌1min后，将熔体温度升至1620℃并脱氧出渣后进行取样和出炉浇注。
检测获得高氮钢4966kg，检测其主要化学成分为：C=0.044wt%，Cr=19.7wt%，Mn=17.1wt%，N=0.83wt%，Fe=58.6wt%，余为其它元素。
 
实施例2
以高氮铬铁为主要加氮合金制备高氮钢：
材料准备总重量为5050kg，其中：
基础钢主要材料为：工业纯铁2400kg，电解金属锰975kg；
制备高氮合金熔体材料为：氮化铬铁1670kg。
步骤：
1）用中频感应炉制备高氮合金熔体：将高氮铬铁全部加入炉内升温加热直至全部熔化后，调整其熔体温度为1600℃～1650℃之间。
2）向炉内添加全部电解金属锰直至全部熔化，调整其熔体温度1500℃～1550℃之间。
3）向炉内逐步添加工业纯铁，添加速度添加速度为800kg/min，熔体温度控制在1500℃～1550℃之间。
4）添加完成后，保持熔体温度为1500℃～1530℃，同时利用中频电磁作用均匀搅拌15min后，将熔体温度升至1650℃并脱氧出渣后进行取样和出炉浇注。
检测获得高氮钢4957kg，检测其主要化学成分为：C=0.045wt%，Cr=19.8wt%，Mn=16.4wt%，N=0.86wt%，Fe=58.5wt%，余为其它元素。
 
实施例3
高氮铬铁50wt%和氮化铬铁50wt%为主要加氮合金制备高氮钢：
材料准备总重量为5050kg，其中：
基础钢主要材料为：工业纯铁2400kg，电解金属锰975kg。
制备高氮合金熔体材料为：氮化铬铁835kg，高氮铬铁835kg。
步骤：
1）用中频感应炉制备高氮合金熔体：将氮化铬铁和高氮铬铁全部加入炉内升温加热直至全部熔化后，调整其熔体温度为1600℃～1650℃之间。
2）向炉内添加全部电解金属锰直至全部熔化，调整其熔体温度1500℃～1540℃之间。
3）向炉内逐步添加工业纯铁，添加速度添加速度为600kg/min，熔体温度控制在1500℃～1540℃之间。
4）添加完成后，保持熔体温度为1500℃～1530℃，同时利用中频电磁作用均匀搅拌5min后，将熔体温度升至1630℃并脱氧出渣后进行取样和出炉浇注。
检测获得高氮钢4960kg，检测其主要化学成分为：C=0.045wt%，Cr=19.5wt%，Mn=16.9wt%，N=0.90wt%，Fe=58.4wt%，余为其它元素。
 
实施例4
氮化铬铁50wt%、高氮铬铁40wt%、氮化锰10wt%为主要加氮合金制备高氮钢：
材料准备总重量为5050kg，其中：
基础钢主要材料为：工业纯铁2400kg，电解金属锰975kg。
制备高氮合金熔体材料为：氮化铬铁835kg，高氮铬铁835kg。
步骤：
1）用中频感应炉制备高氮合金熔体：将氮化铬铁和高氮铬铁全部加入炉内升温加热直至全部熔化后再加入氮化锰，调整其熔体温度为1580℃～1620℃之间。
2）向炉内添加全部电解金属锰直至全部熔化，调整其熔体温度1500℃～1530℃之间。
3）向炉内逐步添加工业纯铁，添加速度为600kg/min，熔体温度控制在1500℃～1530℃之间。
4）添加完成后，保持熔体温度为1500℃～1520℃，同时利用中频电磁作用均匀搅拌3min后，将熔体温度升至1550℃并脱氧出渣后进行取样和出炉浇注。
检测获得高氮钢4955kg，检测其主要化学成分为：C=0.047wt%，Cr=18.6wt%，Mn=17.4wt%，N=0.88wt%，Fe=58.6wt%，余为其它元素。
从上述实施例可以看出，用本发明所述方法制备的高氮钢都获得了较高的氮含量，并保证了Cr、Mn含量在设计的范围内。

Claims (5)

1.一种熔炼高强度不锈钢的方法，其特征在于：先熔炼高氮合金熔体，再向高氮合金熔体中添加基础钢材料，待完全熔化后并均匀后出炉浇注，其中具体步骤如下：
1）先熔炼高氮合金熔体，其高氮合金组成为高氮铬铁和氮化铬铁及氮化锰的混合物，高氮铬铁和氮化铬的混合比例为任意，氮化锰所占比例≤40wt%；将高氮合金快速熔化为熔体并将熔体保持在能够维持熔体状态的较低温度，保持在1450℃～1600℃范围内，控制氮含量为2～10wt%；
2）再向高氮合金熔体添加固态金属锰，获得高锰高氮合金熔体，金属锰添加量按高氮钢设计成分计算为高氮钢重量的5～30wt%，其熔体温度为维持熔体状态的较低温度，温度范围为1450℃～1600℃；
3）向高锰高氮合金熔体添加固态金属铁及其它元素获得高氮钢熔体；金属铁添加量按高氮钢设计成分计算为高氮钢重量的30～60wt%；其它元素包括钼、铌、铜、钛、钒、稀土等，其添加量按高氮钢设计成分计算为高氮钢重量的0～8wt%；其熔体温度为维持熔体状态的较低温度，温度范围为1450℃～1600℃；待熔体中固态物完全熔化后继续均匀搅拌0～15min，然后快速温度至1550℃～1650℃后出炉浇注。
2.根据权利要求1所述的一种熔炼高强度不锈钢的方法，其特征在于所述的固态金属铁的形状为粒状或条状，其粒状尺寸为φ1～φ30mm；其条状截面尺寸为φ1～φ30mm。
3.根据权利要求1所述的一种熔炼高强度不锈钢的方法，其特征在于所述的固态金属铁为工业纯铁或碳含量≤0.1wt%的低碳钢。
4.根据权利要求1所述的一种熔炼高强度不锈钢的方法，其特征在于所述的固态金属铁添加粒状或条状固态工业纯铁为连续添加，其添加速度为≤1000kg/min。
5.根据权利要求1所述的一种熔炼高强度不锈钢的方法，其特征在于所述的其它元素中，钼≤5.0wt%，铌≤0.5wt%，铜≤3.0wt%，钛≤0.5wt%，钒≤0.5wt%，稀土≤0.5wt%。
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