CN105970074B - 一种真空感应炉快速冶炼低氮不锈钢的方法 - Google Patents

一种真空感应炉快速冶炼低氮不锈钢的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种真空感应炉快速冶炼低氮不锈钢的方法，属于钢铁冶金技术领域，包括有以下步骤：（1）钢铁料及不易氧化合金料一起加入真空感应炉坩埚内；（2）先抽真空，然后给电加热，直至钢铁料熔清；（3）熔清后测温并保持真空度与温度进行精炼；（4）计算所需氮气压力，然后向炉内充入该压力的氮气进行增氮合金化；（5）在氮气气氛下进行其他合金料的合金化，并在计划浇钢时间进行浇注。本发明利用氮气进行氮合金化，利用氮气气氛保护进行其他元素的合金化，反应过程平稳可控，冶炼周期短，达到快速、准确冶炼低氮不锈钢的目的。

Description

一种真空感应炉快速冶炼低氮不锈钢的方法
技术领域
本发明涉及一种真空感应炉快速冶炼低氮不锈钢的方法，属于钢铁冶金领域。
背景技术
氮是一种强烈奥氏体形成元素，比镍作用强27倍，在不锈钢中常被用来代替昂贵的镍，并且氮还可在复杂的奥氏体钢中借氮化物的析出而产生弥散硬化，改善钢的力学性能和耐腐蚀性能。因此，可在无显著影响脆性的情况下加入氮来提高热强性。
目前真空感应炉冶炼含氮不锈钢，主要采用在氩气气氛下填加氮化合金进行增氮合金化。但是在真空感应炉内充氩加氮化合金，钢中氮的收得率不稳定，增氮量不易控制；为了避免集中产生大量气泡，氮化合金只能分批逐量加入，严重拖慢生产节奏；加入氮化合金时带起的烟尘，不利于真空下炉况的观察；采用氮化合金进行合金化，生产成本较高。
发明内容
本发明提供一种真空感应炉快速冶炼低氮不锈钢的方法，利用氮气进行氮合金化，利用氮气气氛保护进行其他元素的合金化，反应过程平稳可控，冶炼周期短，达到快速、准确冶炼低氮不锈钢的目的。
本发明所采取的技术方案是：
一种真空感应炉快速冶炼低氮不锈钢的方法，包括有以下步骤：
（1）钢铁料及不易氧化合金料一起加入真空感应炉坩埚内；
（2）先抽真空，然后给电加热，直至钢铁料熔清；
（3）熔清后测温并保持真空度与温度进行精炼；
（4）计算所需氮气压力，然后向炉内充入该压力的氮气；
（5）在氮气气氛下进行其他合金料的合金化，并在计划浇钢时间进行浇注
进一步的，步骤（1）中的不易氧化合金料为随炉加入。
进一步的，步骤（1）中不易氧化合金料为含Cr、Ni、Mo的合金料。
进一步的，步骤（1）中钢铁料熔化加热时真空度≤5Pa。
进一步的，步骤（3）溶清后保持1Pa以下的真空度2-3min。
进一步的，步骤（4）中根据钢液温度、钢液面面积及计划浇钢时间计算所需氮气压力，氮气压力P按照下式计算：P=0.45ω•t-1•H-1•(0.001T-0.48)-1，其中ω为氮含量目标值，ppm；t为反应时间，min；H为炉体坩埚高度，m；T为钢液温度，℃。
进一步的，步骤（5）中，其他合金料的合金化为添加易氧化合金料。
进一步的，步骤（5）中，氮与其他合金料合金化完成后立即浇注。
进一步的，上述低氮不锈钢为氮含量0.002%-0.08%，铬含量10%-20%的低氮不锈钢。
Cr、Ni、Mo的化学性质不如Fe元素活泼或者和Fe元素近似，称为不易氧化元素；化学性质比Fe元素活泼的元素为易氧化元素，因此将含Cr、Ni、Mo元素的合金料称作不易氧化合金料，其他合金料称作易氧化合金料。
本发明采用真空处理去除原料中的氮，并通过计算充氮气氛所需氮气压力，达到精确控制不锈钢中氮含量的目的，通过随炉加入难氧化合金料、利用氮合金化过程中的氮气保护加入其它易氧化合金元素的方式，达到缩短冶炼时间的目的。
本发明针对真空感应炉冶炼低氮不锈钢钢种，使其氮含量偏差精确控制在±4PPm，包括氮的合金化在内的整个合金化过程小于15分钟，冶炼周期小于2h，能够达到快速、准确冶炼低氮不锈钢的目的。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
（1）本发明利用氮气进行氮合金化，利用氮气气氛保护进行其他元素的合金化，反应过程平稳可控，冶炼周期短，达到快速、准确冶炼低氮不锈钢的目的；
（2）使用氮气代替氮化合金进行氮合金化，大量节省成本；
（3）通过钢液温度、钢液面面积及计划浇钢时间计算所需氮气压力，计算精确，使其氮含量偏差精确控制在±4PPm，达到精确控制钢中氮含量的目的。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步地说明；
实施例1：采用50kg真空感应炉冶炼316L含氮不锈钢。
（1）纯铁21.77kg、钼铁1.57kg、镍板4.31kg、金属铬6.71kg一起加入真空感应炉坩埚内。
（2）先抽真空至4Pa，然后给电加热，直至炉料熔清。
（3）熔清后测温，在真空度＜1Pa的条件下进行精炼3min。
（4）向炉内充入氮气至50000Pa。
（5）加入金属锰0.63kg，碳粉0.01kg进行合金化并取样，氮气气氛保持8min时进行浇注。产品成分要求及成品成分见表1。
表1 316L不锈钢成分要求及冶炼成品成分（wt%）
实施例2：采用500kg真空感应炉冶炼0Cr16Ni5Mo含氮不锈钢。
（1）纯铁386.4kg、钼铁2.2kg、镍板27.58kg、金属铬80.73kg一起加入真空感应炉坩埚内。
（2）先抽真空至5Pa，后给电加热，直至炉料熔清。
（3）熔清后测温，在真空度＜1Pa的条件下进行精炼2.5min。
（4）向炉内充入氮气至50000Pa。
（5）加入金属锰3.08kg进行合金化并取样，氮气气氛保持9.5min时进行浇注。产品成分要求及成品成分见表2。
表2 0Cr16Ni5Mo不锈钢成分要求及冶炼成品成分（wt%）
实施例3：采用50kg真空感应炉冶炼X12CrMoWVNbN含氮钢。
（1）纯铁38.2kg、钼铁0.78kg、镍板0.324kg、金属铬4.5kg、钨铁0.565kg一起加入真空感应炉坩埚内。
（2）先抽真空至5Pa，后给电加热，直至炉料熔清。
（3）熔清后测温，在真空度＜1Pa的条件下进行精炼2min。
（4）向炉内充入氮气至40000Pa。
（5）加入电解锰0.21kg、铌铁0.03kg、钒铁0.17kg进行合金化并取样，氮气气氛保持5min20s时进行浇注。产品成分要求及成品成分见表3。
表3 X12CrMoWVNbN含氮钢成分要求及冶炼成品成分（wt%）

Claims (7)

1.一种真空感应炉快速冶炼低氮不锈钢的方法，其特征在于包括有以下步骤：
（1）钢铁料及不易氧化合金料一起加入真空感应炉坩埚内；
（2）先抽真空，然后给电加热，直至钢铁料熔清；
（3）熔清后测温并保持真空度与温度进行精炼；
（4）计算所需氮气压力，然后向炉内充入该压力的氮气进行增氮合金化；
根据钢液温度、钢液面面积及计划浇钢时间计算所需氮气压力，氮气压力P按照下式计算：P=0.45ω•t-1•H-1•(0.001T-0.48)-1，其中ω为氮含量目标值，ppm；t为反应时间，min；H为炉体坩埚高度，m；T为钢液温度，℃；
（5）在氮气气氛下进行其他合金料的合金化，并在计划浇钢时间进行浇注；
所述低氮不锈钢为氮含量0.002%-0.08%，铬含量10%-20%的低氮不锈钢。
2.如权利要求1所述的一种真空感应炉快速冶炼低氮不锈钢的方法，其特征在于：步骤（1）中的不易氧化合金料为随炉加入。
3.如权利要求2所述的一种真空感应炉快速冶炼低氮不锈钢的方法，其特征在于：步骤（1）中不易氧化合金料为含Cr、Ni、Mo的合金料。
4.如权利要求1所述的一种真空感应炉快速冶炼低氮不锈钢的方法，其特征在于：钢铁料熔化加热时真空度≤5Pa。
5.如权利要求1所述的一种真空感应炉快速冶炼低氮不锈钢的方法，其特征在于：步骤（3）溶清后保持1Pa以下的真空度2-3min。
6.如权利要求1所述的一种真空感应炉快速冶炼低氮不锈钢的方法，其特征在于：步骤（5）中，其他合金料的合金化为添加易氧化合金料。
7.如权利要求1所述的一种真空感应炉快速冶炼低氮不锈钢的方法，其特征在于：步骤（5）中，氮与其他合金料合金化完成后立即浇注。
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