CN105779688A - 一种真空感应炉冶炼含氮钢精确控制氮含量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空感应炉冶炼含氮钢精确控制氮含量的方法，包括以下步骤：将表面洁净的钢铁料加入真空感应炉坩埚内，抽真空至10Pa以下供电加热；钢铁料全部熔清，升温至1550～1650℃后保温，停止抽真空，充入氩气，进行合金化；除氮以外其他合金元素达到目标成分后，真空度≤100Pa后炉内充入氮气；炉内氮气压力达到设定值后停止充气，在炉内氮气气氛下保持一定的气相渗氮时间进行氮合金化；氮合金化结束，调整钢液温度，再次向炉内充氮气，将炉内压力提高10000～20000Pa后进行浇注，得到成分精确、内部致密均匀的铸锭。该方法适用于冶炼氮含量0.005%～0.05%的钢种，利用本发明可以将钢中氮含量精确控制在目标值±5PPm范围内，且钢液洁净度高、铸锭致密均匀。

Description

一种真空感应炉冶炼含氮钢精确控制氮含量的方法
技术领域
本发明属于炼钢冶炼技术领域，具体涉及一种真空感应炉冶炼含氮钢精确控制氮含量的方法。
背景技术
氮是钢种常存元素之一，通常与钢的各种脆断有关，但是氮在钢中也有许多有益的作用。氮元素具有固溶强化、细化晶粒等作用，不仅可以提高钢材强度，提高耐磨性，而且能改善其耐蚀性，所以不锈钢、取向硅钢、微合金化钢和一些非调质钢中需加入少量氮，以改善其钢材性能。为此，在含氮钢冶炼时需对钢液进行氮合金化增氮。高真空感应炉由于在真空状态下冶炼，氮分压极低，钢液脱氮速率快，增氮非常困难。
目前高真空感应炉氮合金化方法，主要采用炉内充氩气或氮气后加氮化合金进行增氮合金化。真空充氩加氮合金，氮收得率不稳定，增氮量不易控制；而充氮后加氮化合金进行合金化，钢液氮含量受气相渗氮和氮合金增氮两种作用影响，成分不易精确控制；且两种方法都需要使用价格较为昂贵的氮化合金，增加炼钢成本。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明目的是提供一种仅通过气相渗氮就能将钢中氮含量增至0.005～0.05%，且氮含量精确控制在目标值±5PPm范围内的一种真空感应炉冶炼含氮钢精确控制氮含量的方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
（1）将表面洁净的钢铁料加入真空感应炉坩埚内，然后抽真空至10Pa以下供电加热；
（2）钢铁料全部熔清，升温至1550～1650℃后保温，停止抽真空，向炉内充入氩气；
（3）炉内氩气压力达到设定值后停止充氩，进行合金化；
（4）除氮以外其他合金元素达到目标成分后，抽真空，真空度≤100Pa后炉内充入氮气；
（5）炉内氮气压力达到设定值后停止充气，在炉内氮气气氛下保持一定的气相渗氮时间进行氮合金化；
（6）氮合金化结束，调整钢液温度，再次向炉内充氮气，将炉内压力提高10000～20000Pa后进行浇注，得到成分精确、内部致密均匀的铸锭。
本发明所述步骤（3）中根据冶炼的钢种的具体成分范围要求，炉内充氩压力设定值为5000～30000Pa。
本发明所述步骤（3）-（6），从合金化至浇注整个过程，钢液温度保持在1550～1650℃。
本发明所述步骤（5）中，根据冶炼的钢种的氮含量要求，炉内充氮压力设定值为
公式中：—钢液中K元素对氮活度的相互作用系数；
W[K]—钢液中组分K的质量分数，%；
W[N]—钢中要求的氮的质量分数，%；
T—钢液温度，K。
本发明所述步骤（5）中，根据冶炼的钢种的氮含量要求，保持气相渗氮时间为5～30min。
本发明所述方法适用于冶炼氮含量0.005～0.05%的钢种；可以将钢中氮含量精确控制在目标值±5PPm范围内。
本发明的设计思路：本方法采用真空感应炉冶炼含氮钢，真空感应炉装料、加热熔化后充氩气，在氩气保护气氛下进行合金化，除氮以外其他元素成分控制精确，尤其是Mn、Cu等真空易挥发元素的收得率得到有效控制；除氮以外其他元素成分合金化后，抽掉氩气并充氮气进行气相渗氮合金化，此时钢液成分、钢液中氮的饱和溶解度、渗氮速率稳定，通过对充氮压力和时间的控制，可有效的将钢液氮含量精确控制在±5PPm；浇注前提高充氮压力，防止凝固过程中钢液中氮逸出，得到均匀致密的钢锭。
采用上述技术方案所产生的有益效果为：使用气相渗氮方法增氮，钢液洁净度高；气相渗氮，冶炼平稳，增氮量易控制，钢液氮含量控制精确；使用氮气代替氮合金，节省成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
设备采用500kg真空感应炉，极限真空6.67×10-2，冶炼00Cr13Ni5Mo不锈钢。装料480kg，真空抽至10Pa后开始供电加热，熔化后控制温度1550℃保温，充氩至30000Pa后进行合金化，合金化后抽真空至100Pa，再充氮气至保持30min进行气相渗氮合金化，然后再次充氮气，将炉内压力升至31000Pa后进行浇注。00Cr13Ni5Mo不锈钢成分要求及冶炼成品成分如表1。
表100Cr13Ni5Mo不锈钢成分要求及冶炼成品成分（wt%）
实施例2
设备采用100kg真空感应炉，极限真空6.67×10-2，冶炼电工纯铁。装料100kg，真空抽至10Pa后开始供电加热，熔化后控制温度1650℃保温，充氩至5000Pa后进行合金化，合金化后抽真空至10Pa，再充氮气至保持5min进行气相渗氮合金化，然后再次充氮气，将炉内压力升至11200Pa后进行浇注。电工纯铁成分要求及冶炼成品成分如表2。
表2电工纯铁成分要求及冶炼成品成分（wt%）
实施例3
设备采用50kg真空感应炉，极限真空6.67×10-2，冶炼钒氮钢。装料45kg，真空抽至8Pa后开始供电加热，熔化后控制温度1600℃保温，充氩至10000Pa后进行合金化，合金化后抽真空至8Pa，再充氮气至保持25min进行气相渗氮合金化，然后再次充氮气，将炉内压力升至60000Pa后进行浇注。钒氮钢成分要求及冶炼成品成分如表3。
表3钒氮钢成分要求及冶炼成品成分（wt%）
实施例4
设备采用50kg真空感应炉，极限真空6.67×10-2，冶炼钢种Q420-N。装料45kg，真空抽至5Pa后开始供电加热，熔化后控制温度1620℃保温，充氩至20000Pa后进行合金化，合金化后抽真空至50Pa，再充氮气至保持15min进行气相渗氮合金化，然后再次充氮气，将炉内压力升至30000Pa后进行浇注。Q420-N成分要求及冶炼成品成分如表4。
表4Q420-N成分要求及冶炼成品成分（wt%）
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种真空感应炉冶炼含氮钢精确控制氮含量的方法，其特征在于，具体步骤包括：
（1）将表面洁净的钢铁料加入真空感应炉坩埚内，然后抽真空至10Pa以下供电加热；
（2）钢铁料全部熔清，升温至1550～1650℃后保温，停止抽真空，向炉内充入氩气；
（3）炉内氩气压力达到设定值后停止充氩，进行合金化；
（4）除氮以外其他合金元素达到目标成分后，抽真空，真空度≤100Pa后炉内充入氮气；
（5）炉内氮气压力达到设定值后停止充气，在炉内氮气气氛下保持一定的气相渗氮时间进行氮合金化；
（6）氮合金化结束，调整钢液温度，再次向炉内充氮气，将炉内压力提高10000～20000Pa后进行浇注，得到成分精确、内部致密均匀的铸锭。
2.根据权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼含氮钢精确控制氮含量的方法，其特征在于，所述步骤（3）中根据冶炼的钢种的具体成分范围要求，炉内充氩压力设定值为5000～30000Pa。
3.根据权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼含氮钢精确控制氮含量的方法，其特征在于，所述步骤（3）-（6），从合金化至浇注整个过程，钢液温度保持在1550～1650℃。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种真空感应炉冶炼含氮钢精确控制氮含量的方法，其特征在于，所述步骤（5）中，根据冶炼的钢种的氮含量要求，炉内充氮压力设定值为
公式中：—钢液中K元素对氮活度的相互作用系数；
W[K]—钢液中组分K的质量分数，%；
W[N]—钢中要求的氮的质量分数，%；
T—钢液温度，K。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的一种真空感应炉冶炼含氮钢精确控制氮含量的方法，其特征在于，所述步骤（5）中，根据冶炼的钢种的氮含量要求，保持气相渗氮时间为5～30min。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的一种真空感应炉冶炼含氮钢精确控制氮含量的方法，其特征在于，所述方法适用于冶炼氮含量0.005～0.05%的钢种。
7.根据权利要求6所述的一种真空感应炉冶炼含氮钢精确控制氮含量的方法，其特征在于，所述方法可以将钢中氮含量精确控制在目标值±5PPm范围内。
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