CN112899438B - 一种加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法 - Google Patents

一种加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，属于高氮钢冶炼技术领域。本发明在加压钢包中对钢液依次进行氮合金化、深脱氧和深脱硫，同时在氮合金化过程中采用底吹氮气和加压下气相‑钢液界面渗氮相结合的方式实现高效氮合金化，使氮分布均匀，并利用镍镁合金和稀土降低钢液中的杂质含量；然后进行加压电渣重熔，进一步降低钢液中的夹杂物和杂质元素含量，改善钢的偏析，并使高氮钢组织均匀、致密。实施例的结果显示，本发明的高氮钢杂质含量低，成分均匀稳定，可以满足航空、航天、石油、化工、能源、海洋和生物工程等领域的使用要求。

Description

一种加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法
技术领域
本发明涉及高氮钢冶炼技术领域，尤其涉及一种加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法。
背景技术
氮作为钢中重要的合金元素，通过固溶强化、细晶强化和析出强化等综合作用，能够大幅提升钢的强度且不显著降低韧性；通过氮以及与其他合金元素(Cr、Mo等)的协同作用，能提升钝化膜的稳定性并增强再钝化能力，从而显著改善钢的耐腐蚀性能。高氮不锈钢是一类氮含量超过常压平衡溶解度的不锈钢，具有比传统不锈钢更加优异的力学性能和耐腐蚀性能，已广泛应用于航空、航天、石油、化工、能源、海洋和生物工程等领域。
高氮钢制备技术的关键在于冶炼过程中使熔体快速增氮至较高含量，以及在凝固过程中抑制氮的严重偏析和气孔析出，即氮的加入和保持。由于常压下氮在钢中的溶解度较低，加压冶金已成为制备高氮钢的主要途径。目前加压冶金制备高氮钢的方法有加压感应熔炼、大熔池法、加压电渣重熔等。其中，加压感应熔炼容易实现氮合金化，通过确定合理的冶炼和浇铸压力，可以实现氮含量的精确控制。然而，加压感应熔炼过程钢液表面无熔渣，导致脱氧、脱硫产物无法充分去除，铸锭的洁净度有待进一步提高；加压感应炉生产铸锭的致密度和偏析与加压电渣重熔生产的铸锭相比，也存在明显不足。此外，由于受大型感应熔炼系统复杂性的限制，加压感应炉吨位较小，气相-熔体的接触面积有限导致钢液渗氮速率较慢，不利于工业化生产。添加氮化合金进行氮合金化的加压电渣重熔是目前商业化生产高氮不锈钢的主要手段，该工艺结合了电渣重熔和加压强化冷却的技术优势，能抑制钢液凝固过程中氮的逸出，可显著提高钢的洁净度、组织致密性并有效促进凝固组织细化。但存在以下不足：(1)高压下连续添加氮化合金对测量和控制系统要求极高；(2)向渣中添加的氮化合金分解导致渣池沸腾，扰乱熔炼过程，并且使用氮化硅增氮时易增硅；(3)为改善铸锭的成分均匀性，经常需要二次甚至三次重熔。
因此，需要提供一种经济高效、便于大规模工业化生产高氮钢的方法，为制备洁净度高、凝固组织致密、氮分布均匀的高氮钢提供技术保障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，本发明提供的方法可以实现高效氮合金化，并使氮分布均匀，制备的高氮钢中杂质含量低，洁净度高，成分均匀稳定，可以满足航空、航天、石油、化工、能源、海洋和生物工程等领域的使用要求。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，包括以下步骤：
(1)在加压钢包中对钢液先进行氮合金化，然后进行深脱氧和深脱硫，最后浇铸得到高氮钢铸锭；所述氮合金化包括底吹氮气和加压下气相-钢液界面渗氮；所述深脱氧和深脱硫是在加压钢包精炼末期向钢液中加入镍镁合金和稀土；
(2)对步骤(1)所述的高氮钢铸锭进行加压电渣重熔，得到高氮钢电渣锭。
优选地，所述步骤(1)中氮合金化前，对所述加压钢包依次进行预热、倒入钢液和抽真空处理，所述预热的温度为1100～1200℃，所述抽真空处理的真空度＜15Pa。
优选地，所述步骤(1)中的钢液为AOD+LF炉、VOD+LF炉或转炉+LF炉生产的钢液，所述钢液的温度为1620～1650℃，并已经过预脱氧和脱硫处理。
优选地，所述步骤(1)中气相-钢液界面渗氮时气相渗氮压力p1计算公式如式I所示：
Figure BDA0002900626100000021
所述式I中：p1为气相渗氮压力，单位为MPa；pθ为标准大气压，为0.101325MPa；T为冶炼温度，单位为K。
优选地，所述步骤(1)中底吹氮气时底吹压力p2的计算公式如式II所示：
p2＝1.1(p1+ρ钢gh+p损) 式II，
所述式II中：p2为底吹压力，单位为MPa；p1为气相渗氮压力，单位为MPa；ρ钢为钢液密度，单位为kg/m3；g为重力加速度，9.8m/s2；h为钢包中钢液的深度，单位为m；p损为管路和透气砖内压力损失，0.30～0.50MPa。
优选地，所述高氮钢为高氮不锈钢，所述高氮不锈钢为高氮奥氏体不锈钢或高氮马氏体不锈钢。
优选地，按质量百分比计，所述高氮钢为高氮奥氏体不锈钢时，所述高氮奥氏体不锈钢的成分包括：C：0.02～0.1％，Mn：5～30％，Cr：18～30％，Si：≤1％，Mo：0～6.0％，N：0.2～1.2％，Ni：0～25％，V：0～1％，S：≤0.015％，P：≤0.05％和余量的Fe。
优选地，所述高氮钢为高氮奥氏体不锈钢时，所述步骤(1)中浇铸压力p3的计算公式如式III所示：
p3＝[(0.30～0.40)p1/pθ+(0.50～0.60)] 式III，
所述式III中：pθ为标准大气压；
所述步骤(2)中加压电渣重熔的冶炼压力p4的计算公式如式IV所示：
p4＝[p3+(0.30～0.40)] 式IV。
优选地，按质量百分比计，所述高氮钢为高氮马氏体不锈钢时，所述高氮马氏体不锈钢的成分包括：C：0.1～1.0％，Mn：0.1～1％，Cr：12～20％，Si：≤1％，Mo：0～3.0％，N：0.1～0.6％，Ni：0～4.5％，V：0～2％，S：≤0.015％，P：≤0.05％和余量的Fe。
优选地，所述高氮钢为高氮马氏体不锈钢时，所述步骤(1)中浇铸压力p5的计算公式如式V所示：
p5＝[(0.15～0.20)p1/pθ+(0.45～0.60)] 式V；
所述式V中：pθ为标准大气压；
所述步骤(2)中加压电渣重熔的冶炼压力p6的计算公式如式VI所示：
p6＝[p5+(0.30～0.40)] 式VI。
本发明提供了一种加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，包括以下步骤：(1)在加压钢包中对钢液先进行氮合金化，然后进行深脱氧和深脱硫，最后浇铸得到高氮钢铸锭；所述氮合金化包括底吹氮气和加压下气相-钢液界面渗氮；所述深脱氧和深脱硫是在加压钢包精炼末期向钢液中加入镍镁合金和稀土；(2)对步骤(1)所述的高氮钢铸锭进行加压电渣重熔，得到高氮钢电渣锭。本发明在加压钢包中对钢液依次进行氮合金化、深脱氧和深脱硫，同时在氮合金化过程中采用底吹氮气和加压下气相-钢液界面渗氮相结合的方式实现高效氮合金化，使氮分布均匀，并利用镍镁合金和稀土降低钢液中的杂质含量；然后进行加压电渣重熔，进一步降低钢液中的夹杂物和杂质元素含量，改善钢的偏析，并使高氮钢组织均匀、致密。实施例的结果显示，本发明提供的制备方法制备的高氮钢中杂质含量低，成分均匀稳定。
附图说明
图1为本发明实施例1～4提供的加压钢包精炼与加压电渣重熔双联工艺流程示意图；
图2为本发明实施例1～4提供的加压钢包炉加压气体控制系统原理图；
图3为本发明实施例1～4提供的加压钢包炉浇铸装置的俯视图。
具体实施方式
本发明提供了一种加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，包括以下步骤：
(1)在加压钢包中对钢液先进行氮合金化，然后进行深脱氧和深脱硫，最后浇铸得到高氮钢铸锭；所述氮合金化包括底吹氮气和加压下气相-钢液界面渗氮；所述深脱氧和深脱硫是在加压钢包精炼末期向钢液中加入镍镁合金和稀土；
(2)对步骤(1)所述的高氮钢铸锭进行加压电渣重熔，得到高氮钢电渣锭。
在本发明中，所述高氮钢优选为高氮不锈钢，所述高氮不锈钢优选为高氮奥氏体不锈钢或高氮马氏体不锈钢。
在本发明中，按质量百分比计，所述高氮奥氏体不锈钢的成分优选包括：C：0.02～0.1％，Mn：5～30％，Cr：18～30％，Si：≤1％，Mo：0～6.0％，N：0.2～1.2％，Ni：0～25％，V：0～1％，S：≤0.015％，P：≤0.05％和余量的Fe，更优选包括：C：0.04～0.08％，Mn：13～20％，Cr：18～24％，Si：≤0.8％，Mo：2.0～4.0％，N：0.5～1.0％，Ni：0～20％，V：0～0.2％，S：≤0.010％，P：≤0.04％和余量的Fe。本发明将不锈钢的化学成分限定在上述范围内，可以保证高氮奥氏体不锈钢具有优异的力学性能和耐腐蚀性能。
在本发明中，按质量百分比计，所述高氮马氏体不锈钢的成分优选包括：C：0.1～1.0％，Mn：0.1～1％，Cr：12～20％，Si：≤1％，Mo：0～3.0％，N：0.1～0.6％，Ni：0～4.5％，V：0～2％，S：≤0.015％，P：≤0.05％和余量的Fe，更优选包括：C：0.2～0.9％，Mn：0.2～0.8％，Cr：14～18％，Si：≤1％，Mo：0.5～2.5％，N：0.2～0.5％，Ni：0.5～2.0％，V：0.1～1.0％，S：≤0.015％，P：≤0.04％和余量的Fe。本发明将不锈钢的化学成分限定在上述范围内，可以保证高氮马氏体不锈钢具有高强度、高硬度、优异的疲劳性能和耐腐蚀性能。
本发明在加压钢包中对钢液依次进行氮合金化、深脱氧和深脱硫，然后浇铸得到高氮钢铸锭。
本发明在加压钢包中先对钢液进行氮合金化，得到含氮钢液。
氮合金化前，本发明优选对所述加压钢包依次进行预热、倒入钢液和抽真空处理。在本发明中，所述预热的温度优选为1100～1200℃，更优选为1150～1200℃。本发明通过对加压钢包进行预热，可以减少钢液的温降，防止钢液在加压钢包炉中因为温降过大而凝固。
在本发明中，所述钢液的温度优选为1620～1650℃，更优选为1630℃～1650℃。因为加压钢包精炼渗氮过程钢液温度下降较快，本发明将钢液的温度限定在上述范围内，可以使钢包炉中钢液保持较长时间的高温，防止在进行氮合金化的过程中钢液凝固；同时，防止钢液温度过高，损坏耐火材料。
在本发明中，所述钢液优选为AOD+LF炉、VOD+LF炉或转炉+LF炉生产的钢液，更优选为VOD+LF炉或AOD+LF炉生产的钢液。本发明采用上述工艺生产的钢液，既可以利用LF炉将钢液温度提高至1620～1650℃，又可以利用LF炉精炼降低钢液的硫含量并去除夹杂物，同时精炼设备便于与加压钢包串联。
在本发明中，所述抽真空处理的真空度优选为＜15Pa，更优选为＜10Pa。本发明通过对加压钢包进行抽真空处理可以减少加压钢包中氧气的含量，减轻钢液氧化。
在本发明中，所述氮合金化优选包括底吹氮气和加压下气相-钢液界面渗氮。在本发明中，所述氮合金化的时间优选为15～20分钟，更优选为15～18分钟。
在本发明中，所述底吹氮气和加压下气相-钢液界面渗氮优选同时进行。
在本发明中，所述气相-钢液界面渗氮时气相渗氮压力p1计算公式优选如式I所示：
Figure BDA0002900626100000061
所述式I中：p1为气相渗氮压力，单位为MPa；pθ为标准大气压，为0.101325MPa；T为冶炼温度，单位为K。
在本发明中，所述底吹氮气时底吹压力p2的计算公式优选如式II所示：
p2＝1.1(p1+ρ钢gh+p损) 式II，
所述式II中：p2为底吹压力，单位为MPa；p1为气相渗氮压力，单位为MPa；ρ钢为钢液密度，单位为kg/m3；g为重力加速度，9.8m/s2；h为钢包中钢液的深度，单位为m；p损为管路和透气砖内压力损失，0.30～0.50MPa。
在本发明中，所述底吹氮气时的氮气流量优选为150～300NL/min，更优选为200～250NL/min。
在本发明中，所述氮气的纯度优选≥99.999％。本发明使用高纯氮气进行氮合金化，可以减轻氮气中的杂质对钢液的污染。
本发明将底吹氮气和加压下气相-钢液界面渗氮的参数限定在上述范围内，通过底吹氮气和加压下气相-钢液界面渗氮相结合的方式进行氮合金化，可以实现高效氮合金化，并使氮分布均匀。
得到含氮钢液后，本发明对所述含氮钢液进行深脱氧和深脱硫。在本发明中，所述深脱氧和深脱硫是在加压钢包精炼末期向钢液中加入镍镁合金和稀土。在本发明中，所述镍镁合金中镍与镁的质量比优选为(7～9)：(1～3)，更优选为(7.5～8)：(2～2.5)。在本发明中，以钢液的质量为1t计，所述镍镁合金的用量优选为0.5～1.5kg/t，更优选为0.8～1.2kg/t。在本发明中，加入镍镁合金后优选保持2～3分钟。本发明使用镍镁合金对钢液进行深脱氧，并将时间限定在上述范围内，可以保证脱除后的钢液中氧含量较低。在本发明中，以钢液的质量为1t计，所述稀土的用量优选为0.3～0.7kg/t，更优选为0.4～0.6kg/t。在本发明中，加入稀土后优选保持2～3分钟。本发明使用稀土对钢液进行深脱氧和深脱硫，并将时间限定在上述范围内，可以保证脱除后的钢液中氧和硫元素的含量符合要求。
本发明对所述镍镁合金和稀土的种类与来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在完成钢液深脱氧和深脱硫后，本发明优选停止底吹氮气，提高加压钢包内氮气压力至浇铸压力，然后浇铸得到高氮钢铸锭。在本发明中，所述浇铸的温度优选为1500～1520℃。
在本发明中，当所述高氮钢为高氮奥氏体不锈钢时，所述浇铸压力p3的计算公式优选如式III所示：
p3＝[(0.30～0.40)p1/pθ+(0.50～0.60)] 式III；
当所述高氮钢为高氮马氏体不锈钢时，所述浇铸压力p5的计算公式优选如式V所示：
p5＝[(0.15～0.20)p1/pθ+(0.45～0.60)] 式V。
本发明优选在钢液凝固后，泄压取出高氮钢铸锭。本发明通过上述工艺制备高氮钢铸锭，可以保证高氮钢铸锭中的成分均匀，杂质含量少。
得到高氮钢铸锭后，本发明对所述高氮钢铸锭进行加压电渣重熔，得到高氮钢电渣锭。
在本发明中，所述加压电渣重熔优选包括以下步骤：
1)将所述高氮钢铸锭依次经加热和锻造后，得到自耗电极；
2)对预熔渣进行烘干，得到干燥的预熔渣；
3)将所述步骤1)得到的自耗电极、所述步骤2)得到的干燥的预熔渣和引弧屑安装到加压电渣炉中；
4)对所述步骤3)中的加压电渣炉依次进行抽真空和升压处理，得到处理后的加压电渣炉；
5)对所述步骤4)得到的处理后的加压电渣炉依次进行引弧造渣、加压电渣重熔冶炼和冶炼后期补缩，得到高氮钢电渣锭；
所述步骤1)和所述步骤2)没有先后顺序。
本发明对所述加压电渣炉的具体来源没有特殊的限定，采用本领域熟知的市售产品即可。
本发明优选将所述高氮钢铸锭依次经加热和锻造后，得到自耗电极。在本发明中，所述加热的温度优选为1150～1200℃，更优选为1160～1190℃；所述加热的时间优选为3～5小时，更优选为4～5小时。本发明优选在加热结束后立即进行锻造。本发明对升温至所述加热温度的加热速率没有特殊的限定，根据本领域技术人员的技术常识确定即可。本发明对所述锻造的具体操作没有特殊的限定，能够使高氮钢自耗电极的尺寸锻造至适合加压电渣重熔结晶器的尺寸即可。
得到自耗电极后，本发明优选将所述自耗电极四周磨光。本发明对所述磨光的具体操作没有特殊的限定，采用本领域常规的磨光操作即可。本发明将自耗电极四周磨光，去除氧化皮，可防止电渣锭中增氧。
本发明优选对预熔渣进行烘干，得到干燥的预熔渣。在本发明中，所述预熔渣优选为CaF2-CaO-Al2O3；所述预熔渣中CaF2、CaO和Al2O3的重量比优选为(50～70)：(15～25)：(15～25)。
在本发明中，所述烘干的温度优选为600～800℃，更优选为650～750℃；所述烘干的时间优选为5～7小时，更优选为6～7小时。本发明通过对预熔渣进行烘干，可以脱除预熔渣中的水分，防止电渣锭增氢。
本发明优选将所述自耗电极、干燥的预熔渣和引弧屑安装到加压电渣炉中。在本发明中，所述引弧屑优选与自耗电极材质相同。在本发明中，将所述自耗电极焊接到假电极上，与加压电渣炉的电极夹持器相连，把引锭板放在底水箱上，然后升底水箱，加入引弧屑，并在周围铺设预熔渣，将电极下降到造渣所需位置，并使自耗电极、引弧屑以及底水箱三者紧密接触。本发明将自耗电极、干燥的预熔渣和引弧屑按照上述方式安装，可以保证通电后有电流通过。
安装完成后，本发明优选密闭加压电渣炉。本发明密闭加压电渣炉，可以防止外部的空气进入到加压电渣炉中。
本发明优选对所述加压电渣炉依次进行抽真空和充气，得到处理后的加压电渣炉。在本发明中，所述抽真空的真空度优选＜15Pa，更优选＜10Pa。在本发明中，所述充气中所充入的气体优选为氮气，所述氮气的纯度优选≥99.999％；所述充气后的压强优选为常压。本发明通过对所述加压电渣炉进行抽真空和充气，可以去除加压电渣炉中的空气，防止在加压电渣重熔过程中造成铸锭的氧化，引入杂质。
在本发明中，所述抽真空使用的仪器优选为真空泵。本发明对所述真空泵的来源没有特殊的限定，采用本领域熟知的市售产品即可。
本发明优选对所述处理后的加压电渣炉依次进行引弧造渣、加压电渣重熔冶炼和冶炼后期补缩，得到高氮钢电渣锭。
在本发明中，所述引弧造渣过程中的电压优选为40～70V，更优选为50～60V；所述引弧造渣中的电流优选为10～12kA；所述引弧造渣的时间优选为40～50min。本发明将引弧造渣的参数限定在上述范围内，在造渣过程中，引弧屑靠电阻热先熔化，再逐渐熔化四周的渣料，最终完成造渣。
引弧造渣结束后，本发明优选向加压电渣炉的熔炼室内充入氮气增压至加压电渣重熔的冶炼压力。在本发明中，所述加压电渣重熔的冶炼压力优选与高氮钢的种类有关。在本发明中，所述高氮钢为高氮奥氏体不锈钢时，加压电渣重熔的冶炼压力p4的计算公式优选如式IV所示：
p4＝[p3+(0.30～0.40)] 式IV；
所述高氮钢为高氮马氏体不锈钢时，加压电渣重熔的冶炼压力p6的计算公式优选如式VI所示：
p6＝[p5+(0.30～0.40)] 式VI。
在提高加压电渣炉熔炼室压力的同时，本发明优选将所述加压电渣炉结晶器夹套内的冷却水压力提升至所述加压电渣重熔的冶炼压力。本发明将加压电渣重熔的冶炼压力与加压电渣炉结晶器夹套内的冷却水压力限定在上述范围内，可以避免氮气孔的逸出，并保证加压电渣重熔冶炼的正常进行，避免氮气孔的逸出。
在本发明中，所述加压电渣重熔冶炼中的电压优选为70～80V，更优选为72～78V；所述加压电渣重熔冶炼中的电流优选为17～22kA，更优选为19～21kA；所述加压电渣重熔冶炼的熔化速率优选为0.75～0.80t/h，更优选为0.76～0.79t/h；所述加压电渣重熔冶炼的电流波动＜±3％，更优选为＜±2.5％；所述加压电渣重熔冶炼的电压波动优选为＜±0.5％，更优选为＜±0.4％；所述加压电渣重熔冶炼的熔速波动优选＜10％，更优选＜8％。本发明将加压电渣重熔冶炼过程中的参数限定在上述范围内，可以使高氮不锈钢铸锭表面质量良好、硫含量低、非金属夹杂物少、组织和化学成分均匀。
在本发明中，所述冶炼后期补缩的电压优选为50～60V，更优选为53～57V。在本发明中，所述冶炼后期补缩的电流优选为逐级降低，所述冶炼后期补缩的初期电流优选为10～11kA；所述逐级降低优选为电流每次降低0.8～1.2kA；所述电流逐级降低的次数优选为6～9次，更优选为7～8次；电流每次降低后优选保持5～7分钟在本发明中，电流最后一次降低后，优选为保持25～40分钟，然后提起电极。在本发明中，所述冶炼后期补缩的总时间优选为1.3～1.7小时。本发明通过上述冶炼后期补缩工艺，确保补缩充分，补缩端面平整，得到较高的金属收得率。
补缩结束后，关闭交流电源，待高氮钢电渣锭凝固后，逐渐降低熔炼室内氮气压力至常压，并同步降低结晶器夹套内冷却水压力，然后取出高氮不锈钢电渣锭。在本发明中，当所述高氮钢为高氮马氏体不锈钢时，冶炼完成后应及时取锭，热送入保温罩缓慢冷却，以防止开裂。本发明通过上述工艺可以大大减少高氮马氏体不锈钢冷却过程中易开裂的现象。
本发明提供的加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，加压钢包精炼过程具有以下优点：
(1)加压钢包原料来源广泛，可以AOD+LF炉、VOD+LF炉或转炉+LF炉等精炼后的钢液为原料；
(2)加压钢包炉与炉外精炼设备串联灵活，投资成本低，吨位更大，便于实现工业化生产；
(3)加压钢包精炼生产效率高，加压钢包炉采用底吹氮气和加压下气相-钢液界面渗氮相结合，可大幅提升渗氮速率，生产效率高；
(4)加压钢包炉内底吹氮气，可对钢液进行充分搅拌，改善温度和成分的均匀性，并促进夹杂物的上浮；
(5)加压钢包炉底吹氮气过程中，钢液温度逐渐降低，使钢液的氮溶解度逐渐增大，有利于氮含量的提高；
(6)加压钢包炉采用高纯氮气渗氮，无须添加氮化合金，钢液无污染，洁净度高，加压浇铸能有效促进凝固组织细化，提高组织致密性，减轻偏析。
本发明提供的加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，加压电渣重熔过程具有以下优点：
(1)加压下进行电渣重熔，可避免熔炼过程中氮气的逸出；
(2)由于加压钢包精炼已完成氮合金化，加压电渣重熔过程无需添加氮化合金，能够避免渣池沸腾、氮分布不均匀、增硅等问题；此外，加压电渣重熔过程无须过高的压力，设备负担降低，以较低压力就可完成电渣重熔过程，能够延长设备的寿命；
(3)加压电渣重熔过程中加压强化冷却，可以细化凝固组织、改善钢锭的成分偏析等问题；
(4)自耗电极从端头到熔化完全，产生的钢液滴落穿过渣池的过程中发生充分的渣洗，自耗电极和高温熔渣直接接触，反应界面大，有利于提升钢液的洁净度；
(5)加压电渣重熔过程中钢液熔池中心温度高，熔渣和钢液均过热，反应动力学条件优越，有利于渣池吸收钢液中的夹杂物和杂质元素，弥补加压钢包精炼过程对夹杂物和杂质元素脱除不充分的问题；
(6)由于熔池同时受到上部渣池和熔滴加热，以及水冷结晶器向下和水平方向散热的双重作用，导致高氮钢始终以自下而上的顺序凝固，定向结晶，因此具有较好的轴向性，能够改善钢的热加工性能，使电渣锭内部组织均匀、致密。
本发明提供的制备方法采用底吹氮气和加压下气相-钢液界面渗氮相结合的方式进行氮合金化，效率高且氮分布均匀，然后进行加压电渣重熔，进一步去除钢液中的夹杂物和杂质元素，弥补加压钢包精炼过程对夹杂物和杂质元素脱除不充分的问题，并改善钢的热加工性能，使高氮钢内部组织均匀、致密，制备方法简单，适于工业大规模生产。
本发明首先以AOD+LF炉、VOD+LF炉或转炉+LF炉等生产的钢液为原料，在加压钢包炉中通过底吹氮气和加压下气相-钢液界面渗氮，制备目标氮含量的自耗电极母材，并锻造成尺寸适用于加压电渣重熔的自耗电极；然后在加压电渣重熔过程中，有效去除钢中的杂质元素和夹杂物，生产出洁净度高和组织致密的高氮钢电渣锭。
本发明采用以下工艺克服了加压钢包精炼增氮过程温度下降快，钢液易在加压钢包炉中凝固的问题：
(1)采用钢包烘烤预热工艺：在把LF炉生产的钢液加入钢包之前，需要先用钢包烘烤器把钢包加热到1100～1200℃，减少钢液的温降；
(2)提高加压钢包入炉钢液的温度：本发明中加入加压钢包炉的钢液都要经过LF炉精炼，一方面是利用LF炉将钢液温度提高至1620～1650℃，另一方面利用LF炉精炼降低钢液的硫含量并去除夹杂物；
(3)提高渗氮效率，缩短渗氮时间：采用底吹氮气和加压下气相-钢液界面渗氮相结合，增氮速率快，渗氮时间短，温降少。
本发明采取以下工艺克服了加压钢包精炼精确控氮难度较大，并且加压下底吹不易控制的问题：
(1)采用分阶段控制氮合金化和浇铸过程氮气压力工艺：在氮合金化过程中，逐渐提高加压钢包炉内氮气压力至气相渗氮压力，同时控制底吹氮气压力和流量，实现高效氮合金化，并使氮分布均匀；在浇铸前，停止底吹氮气，提高炉内压力至浇铸压力，在增氮的同时避免凝固过程中氮的逸出。通过合理匹配加压气相渗氮压力、底吹压力和浇铸压力，可实现加压钢包精炼过程氮含量的精确控制；
(2)实时监控加压钢包炉内压力：通过气体控制系统，在线控制底吹氮气压力，避免底吹压力过大导致钢液喷溅，或者底吹压力太小而无法实现底吹的问题。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
使用的冶炼设备为80t加压钢包精炼炉以及20t加压电渣重熔炉，其中加压钢包炉极限真空度为8Pa，最高压力为7MPa，装炉量为75～80t；加压电渣重熔炉最高压力为5MPa，结晶器内径D为950mm，自耗电极重量约为15t。
经过式I、式II、式V和式VI计算得出p1为0.40MPa，底吹压力p2为1.02MPa，浇铸压力p5为1.10MPa，加压电渣重熔压力p6为1.50MPa。冶炼原料及其质量如下：AOD+LF炉生产钢液80.11t、镍镁合金(80Ni-20Mg)80.30kg和铈40.13kg。
钢液的成分为：C：0.33％，Mn：0.42％，Cr：15.50％，Si：0.52％，Mo：1.03％，S：0.015％，P：0.008％和余量的Fe。
高氮马氏体不锈钢30Cr15Mo1N的目标成分为：C：0.32％，Mn：0.40％，Cr：15.30％，Si：0.50％，Mo：1.0％，N：0.40％，S：≤0.01％，P：≤0.03％和余量的Fe。
(1)将加压钢包预热至1150℃，将温度为1630℃的钢液加入到加压钢包中，用真空泵抽真空至12.2Pa；向钢包炉充入纯度≥99.999％高纯氮气至渗氮压力0.40MPa，同时通过钢包底部透气塞以底吹气体压力1.02MPa吹入流量为200NL/min的高纯氮气，保持15分钟进行氮合金化，然后打开加料阀，加料仓向钢液中加入镍镁合金保持2分钟，加入铈保持3分钟，停止底吹氮气；停止底吹氮气后，向钢包中充纯度≥99.999％高纯氮气至压力为1.10MPa，然后将钢液浇铸到铸锭模中，浇铸温度1520℃，待凝固后泄压，得到高氮马氏体不锈钢铸锭。
高氮马氏体不锈钢铸锭的成分如表1所示；
表1实施例1制备得到的高氮马氏体不锈钢铸锭的成分
Figure BDA0002900626100000131
(2)对步骤(1)所述的高氮马氏体不锈钢铸锭进行加压电渣重熔，得到高氮钢电渣锭；
所述加压电渣重熔由以下步骤组成：
1)将高氮马氏体不锈钢铸锭在1200℃保温3小时，之后锻造为直径833mm的自耗电极，然后将自耗电极四周磨光；
2)预熔渣组成的重量百分比为：CaF265％-CaO 20％-Al2O315％，在加压电渣重熔前把342kg预熔渣放入电阻炉在800℃下烘烤6小时，得到干燥预熔渣；
3)将步骤1)得到的自耗电极焊接到假电极上，与加压电渣炉的电极夹持器相连，仔细检查结晶器和底水箱，确保无漏水；将底水箱清理干净后，把引锭板放在底水箱上，然后升底水箱；加入与自耗电极相同材质的引弧屑，并在周围铺设预熔渣，将电极下降到造渣所需位置，并使自耗电极、引弧屑以及底水箱三者紧密接触，保证通电后有电流通过，密闭加压电渣炉；
4)利用真空泵将所述步骤3)中的加压电渣炉内真空度抽至12.1Pa，然后向熔炼室内充入纯度≥99.999％的氮气至常压，得到处理后的加压电渣炉；
5)启动交流电源，设定电流为10kA，电压为50V，同时通过步进式加料器将预熔渣料分批加入结晶器，进行引弧造渣，40分钟后引弧造渣结束；向熔炼室内充入纯度≥99.999％的氮气增压至1.50MPa，同步提升电渣炉结晶器夹套内的冷却水压力至1.50MPa，并调整电压至80V、电流至18kA，即开始加压电渣重熔，熔炼时取熔化速率0.76t/h；熔炼期间控制电流波动＜±3％、电压波动＜±0.5％、熔速波动＜10％；将电压调至60V，将电流调至11kA，进行补缩，维持电压不变，电流逐级降低，每次降低1.0kA，且每降一档电流，保持6分钟，降至1.0kA时保持30min，补缩完成后，提起电极，停电；关闭交流电源，待高氮马氏体不锈钢电渣锭凝固后，逐渐降低结晶器内氮气压力，并同步降低结晶器夹套内冷却水压力，取出高氮马氏体不锈钢电渣锭，热送入保温罩缓慢冷却，以防止开裂。
所述高氮马氏体不锈钢电渣锭的成分如表2所示。
表2实施例1制备得到的高氮马氏体不锈钢电渣锭的成分
Figure BDA0002900626100000141
从表1和表2可以看到，实施例1所得到的高氮马氏体不锈钢电渣锭的硫含量经加压电渣重熔后显著降低，其余成分含量基本不变。
实施例2
使用的冶炼设备为80t加压钢包精炼炉以及20t加压电渣重熔炉，其中加压钢包炉极限真空度为8Pa，最高压力为7MPa，装炉量为75～80t；加压电渣重熔炉最高压力为5MPa，结晶器内径D为950mm，自耗电极重量约为15t。
经过式I、式II、式V和式VI计算得出p1为0.10MPa，底吹压力p2为0.70MPa，浇铸压力p5为0.80MPa，加压电渣重熔压力p6为1.50MPa。冶炼原料及其质量如下：VOD+LF炉生产钢液80.12t、镍镁合金(80Ni-20Mg)80.20kg和铈40.10kg。
钢液的成分为：C：0.55％，Mn：0.42％，Cr：17.41％，Si：0.46％，Mo：1.13％，S：0.020％，P：0.008％和余量的Fe。
高氮马氏体不锈钢55Cr18Mo1VN的目标成分为C：0.54％，Mn：0.40％，Cr：17.30％，Si：0.45％，Mo：1.10％，N：0.20％，S：≤0.01％，P：≤0.03％和余量的Fe。
(1)将加压钢包预热至1150℃，将温度为1625℃的钢液加入到加压钢包中，用真空泵抽真空至12.3Pa；向钢包炉充入纯度≥99.999％高纯氮气至渗氮压力0.10MPa，同时通过钢包底部透气塞以底吹气体压力0.70MPa吹入流量为160NL/min的高纯氮气，保持16分钟进行氮合金化，然后打开加料阀，加料仓向钢液中加入镍镁合金保持3分钟，加入铈保持3分钟，停止底吹氮气；停止底吹氮气后，向钢包中充纯度≥99.999％高纯氮气至压力为0.80MPa，然后将钢液浇铸到铸锭模中，浇铸温度1515℃，待凝固后泄压，得到高氮马氏体不锈钢铸锭。
所述高氮马氏体不锈钢铸锭的成分如表3所示；
表3实施例2制备得到的高氮马氏体不锈钢铸锭的成分
Figure BDA0002900626100000151
(2)对步骤(1)所述的高氮马氏体不锈钢铸锭进行加压电渣重熔，得到高氮钢电渣锭；
所述加压电渣重熔由以下步骤组成：
1)将高氮马氏体不锈钢铸锭在1200℃保温3小时，之后锻造为直径842mm的自耗电极，然后将自耗电极四周磨光；
2)预熔渣组成的重量百分比为：CaF263％-CaO 21％-Al2O316％，在加压电渣重熔前把342kg预熔渣放入电阻炉在800℃下烘烤6小时，得到干燥预熔渣；
3)将步骤1)得到的自耗电极焊接到假电极上，与加压电渣炉的电极夹持器相连，仔细检查结晶器和底水箱，确保无漏水；将底水箱清理干净后，把引锭板放在底水箱上，然后升底水箱；加入与自耗电极相同材质的引弧屑，并在周围铺设预熔渣，将电极下降到造渣所需位置，并使自耗电极、引弧屑以及底水箱三者紧密接触，保证通电后有电流通过，密闭加压电渣炉；
4)利用真空泵将所述步骤3)中的加压电渣炉内真空度抽至12.0Pa，然后向熔炼室内充入纯度≥99.999％的氮气至常压，得到处理后的加压电渣炉；
5)启动交流电源，设定电流为10kA，电压为50V，同时通过步进式加料器将预熔渣料分批加入结晶器，进行引弧造渣，40分钟后引弧造渣结束；向熔炼室内充入纯度≥99.999％的氮气增压至1.50MPa，同步提升电渣炉结晶器夹套内的冷却水压力至1.50MPa，并调整电压至80V、电流至18kA，即开始加压电渣重熔，熔炼时取熔化速率0.76t/h；熔炼期间控制电流波动＜±3％、电压波动＜±0.5％、熔速波动＜10％；将电压调至60V，将电流调至11kA，进行补缩，维持电压不变，电流逐级降低，每次降低1.0kA，且每降一档电流，保持6分钟，降至1.0kA时保持30min，补缩完成后，提起电极，停电；关闭交流电源，待高氮马氏体不锈钢电渣锭凝固后，逐渐降低结晶器内氮气压力，并同步降低结晶器夹套内冷却水压力，取出高氮马氏体不锈钢电渣锭，热送入保温罩缓慢冷却，以防止开裂。
所述高氮马氏体不锈钢电渣锭的成分如表4所示。
表4实施例2制备得到的高氮马氏体不锈钢电渣锭的成分
Figure BDA0002900626100000161
从表3和表4可以看到，实施例2所得到的高氮马氏体不锈钢电渣锭的硫含量经加压电渣重熔后显著降低，其余成分含量基本不变。
实施例3
使用的冶炼设备为80t加压钢包精炼炉以及20t加压电渣重熔炉，其中加压钢包炉极限真空度为8Pa，最高压力为7MPa，装炉量为75～80t；加压电渣重熔炉最高压力为5MPa，结晶器内径D为950mm，自耗电极重量约为15t。
经过式I、式II、式III和式IV计算得出p1为0.15MPa，底吹压力p2为0.75MPa，浇铸压力p3为1.20MPa，加压电渣重熔压力p4为1.60MPa。冶炼原料及其质量如下：AOD+LF炉生产钢液80.20t、镍镁合金(80Ni-20Mg)80.23kg和铈40.11kg。
钢液的成分为：C：0.06％，Mn：18.65％，Cr：18.10％，Mo：2.12％，S：0.018％，P：0.008％和余量的Fe。
高氮奥氏体不锈钢18Cr18Mn2Mo0.9N的目标成分为C：0.04％，Mn：18.6％，Cr：17.94％，Mo：2.09％，N：0.89％，S：≤0.01％，P：≤0.03％和余量的Fe。
(1)将加压钢包预热至1150℃，将温度为1620℃的钢液加入到加压钢包中，用真空泵抽真空至12.6Pa；向钢包炉充入纯度≥99.999％高纯氮气至渗氮压力0.15MPa，同时通过钢包底部透气塞以底吹气体压力0.75MPa吹入流量为150NL/min的高纯氮气，保持20分钟进行氮合金化，然后打开加料阀，加料仓向钢液中加入镍镁合金保持2分钟，加入铈保持2分钟，停止底吹氮气；停止底吹氮气后，向钢包中充纯度≥99.999％高纯氮气至压力为1.20MPa，然后将钢液浇铸到铸锭模中，浇铸温度1515℃，待凝固后泄压，得到高氮奥氏体不锈钢铸锭。
所述高氮奥氏体不锈钢铸锭的成分如表5所示；
表5实施例3制备得到的高氮奥氏体不锈钢铸锭的成分
Figure BDA0002900626100000171
(2)对步骤(1)所述的高氮奥氏体不锈钢铸锭进行加压电渣重熔，得到高氮钢电渣锭；
所述加压电渣重熔由以下步骤组成：
1)将高氮奥氏体不锈钢铸锭在1200℃保温3小时，之后锻造为直径838mm的自耗电极，然后将自耗电极四周磨光；
2)预熔渣组成的重量百分比为：CaF266％-CaO 18％-Al2O316％，在加压电渣重熔前把340kg预熔渣放入电阻炉在800℃下烘烤6小时，得到干燥预熔渣；
3)将步骤1)得到的自耗电极焊接到假电极上，与加压电渣炉的电极夹持器相连，仔细检查结晶器和底水箱，确保无漏水；将底水箱清理干净后，把引锭板放在底水箱上，然后升底水箱；加入与自耗电极相同材质的引弧屑，并在周围铺设预熔渣，将电极下降到造渣所需位置，并使自耗电极、引弧屑以及底水箱三者紧密接触，保证通电后有电流通过，密闭加压电渣炉；
4)利用真空泵将所述步骤3)中的加压电渣炉内真空度抽至12.7Pa，然后向熔炼室内充入纯度≥99.999％的氮气至常压，得到处理后的加压电渣炉；
5)启动交流电源，设定电流为11kA，电压为60V，同时通过步进式加料器将预熔渣料分批加入结晶器，进行引弧造渣，45分钟后引弧造渣结束；向熔炼室内充入纯度≥99.999％的氮气增压至1.60MPa，同步提升电渣炉结晶器夹套内的冷却水压力至1.60MPa，并调整电压至78V、电流至20kA，即开始加压电渣重熔，熔炼时取熔化速率0.76t/h；熔炼期间控制电流波动＜±3％、电压波动＜±0.5％、熔速波动＜10％；将电压调至60V，将电流调至10kA，进行补缩，维持电压不变，电流逐级降低，每次降低1.0kA，且每降一档电流，保持6分钟，降至1.0kA时保持30min，补缩完成后，提起电极，停电；关闭交流电源，待高氮奥氏体不锈钢电渣锭冷却后，逐渐降低结晶器内氮气压力，并同步降低结晶器夹套内冷却水压力，取出高氮奥氏体不锈钢电渣锭。
所述高氮奥氏体不锈钢电渣锭的成分如表6所示。
表6实施例3制备得到的高氮奥氏体不锈钢电渣锭的成分
Figure BDA0002900626100000181
从表5和表6可以看到，实施例3所得到的高氮奥氏体不锈钢电渣锭的硫含量经加压电渣重熔后显著降低，其余成分含量基本不变。
实施例4
使用的冶炼设备为80t加压钢包精炼炉以及20t加压电渣重熔炉，其中加压钢包炉极限真空度为8Pa，最高压力为7MPa，装炉量为75～80t；加压电渣重熔炉最高压力为5MPa，结晶器内径D为950mm，自耗电极重量约为15t。
经过式I、式II、式III和式IV计算得出p1为0.45MPa，底吹压力p2为1.07MPa，浇铸压力p3为1.90MPa，加压电渣重熔压力p4为2.20MPa。冶炼原料及其质量如下：转炉+LF炉生产钢液80.16t、镍镁合金(80Ni-20Mg)80.11kg和铈40.05kg。
钢液的成分为：C：0.06％，Si：0.52％，Mn：14.08％，Cr：18.71％，Mo：3.04％，S：0.021％，P：0.008％和余量的Fe。
高氮奥氏体不锈钢18Cr14Mn3Mo0.9N的目标成分为C：0.05％，Si：0.50％，Mn：14.00％，Cr：18.60％，Mo：3.00％，N：0.90％，S：≤0.015％，P：≤0.06％和余量的Fe。
(1)将加压钢包预热至1150℃，将温度为1635℃的钢液加入到加压钢包中，用真空泵抽真空至12.8Pa；向钢包炉充入纯度≥99.999％高纯氮气至渗氮压力0.45MPa，同时通过钢包底部透气塞以底吹气体压力1.07MPa吹入流量为180NL/min的高纯氮气，保持18分钟进行氮合金化，然后打开加料阀，加料仓向钢液中加入镍镁合金保持2分钟，加入铈保持2分钟，停止底吹氮气；停止底吹氮气后，向钢包中充纯度≥99.999％高纯氮气至压力为1.90MPa，然后将钢液浇铸到铸锭模中，浇铸温度1520℃，待凝固后泄压，得到高氮奥氏体不锈钢铸锭。
所述高氮奥氏体不锈钢铸锭的成分如表7所示；
表7实施例4制备得到的高氮奥氏体不锈钢铸锭的成分
Figure BDA0002900626100000191
(2)对步骤(1)所述的高氮奥氏体不锈钢铸锭进行加压电渣重熔，得到高氮钢电渣锭；
所述加压电渣重熔由以下步骤组成：
1)将高氮奥氏体不锈钢铸锭在1200℃保温3小时，之后锻造为直径850mm的自耗电极，然后将自耗电极四周磨光；
2)预熔渣组成的重量百分比为：CaF260％-CaO 20％-Al2O320％，在加压电渣重熔前把346kg预熔渣放入电阻炉在800℃下烘烤6小时，得到干燥预熔渣；
3)将步骤1)得到的自耗电极焊接到假电极上，与加压电渣炉的电极夹持器相连，仔细检查结晶器和底水箱，确保无漏水；将底水箱清理干净后，把引锭板放在底水箱上，然后升底水箱；加入与自耗电极相同材质的引弧屑，并在周围铺设预熔渣，将电极下降到造渣所需位置，并使自耗电极、引弧屑以及底水箱三者紧密接触，保证通电后有电流通过，密闭加压电渣炉；
4)利用真空泵将所述步骤3)中的加压电渣炉内真空度抽至12.5Pa，然后向熔炼室内充入纯度≥99.999％的氮气至常压，得到处理后的加压电渣炉；
5)启动交流电源，设定电流为11kA，电压为60V，同时通过步进式加料器将预熔渣料分批加入结晶器，进行引弧造渣，45分钟后引弧造渣结束；向熔炼室夹套内充入纯度≥99.999％的氮气增压至2.20MPa，同步提升电渣炉结晶器内的冷却水压力至2.20MPa，并调整电压至78V、电流至20kA，即开始加压电渣重熔，熔炼时取熔化速率0.77t/h；熔炼期间控制电流波动＜±3％、电压波动＜±0.5％、熔速波动＜10％；将电压调至50V，将电流调至10kA，进行补缩，维持电压不变，电流逐级降低，每次降低1.0kA，且每降一档电流，保持6分钟，降至1.0kA时保持30min，补缩完成后，提起电极，停电；关闭交流电源，待高氮奥氏体不锈钢电渣锭冷却后，逐渐降低结晶器内氮气压力，并同步降低结晶器夹套内冷却水压力，取出高氮奥氏体不锈钢电渣锭。
所述高氮奥氏体不锈钢电渣锭的成分如表4所示。
表8实施例4制备得到的高氮奥氏体不锈钢电渣锭的成分
Figure BDA0002900626100000201
从表7和表8可以看到，实施例4所得到的高氮奥氏体不锈钢电渣锭的硫含量经加压电渣重熔后显著降低，其余成分含量基本不变。
图1是本发明实施例1～4所述的加压钢包精炼与加压电渣重熔双联工艺流程示意图，加压钢包依次进行预热、倒入钢液和抽真空处理，通过加压钢包底部进行底吹氮气，同时上方左右两处进行上部氮气加压，进行氮合金化，然后通过加料仓依次加入镍镁合金和稀土进行深脱氧和深脱硫，深脱氧和深脱硫结束后停止底吹氮气，通过上部氮气加压至浇铸压力进行加压浇铸，冷却后得到高氮钢铸锭；将高氮钢铸锭制备成自耗电极后安装到加压电渣炉中，安装结构如图1中的右图所示，进行加压电渣重熔，得到高氮不锈钢电渣锭。
图2是本发明实施例1～4所述的加压钢包炉加压气体控制系统原理图。由图2可以看出，本发明采用分阶段控制氮合金化和浇铸过程氮气压力工艺；实时监控加压钢包炉内压力，通过气体控制系统，在线控制底吹氮气压力。
图3是本发明实施例1～4所述的加压钢包炉浇铸装置的俯视图。由图3可以看出，本发明采用下注法浇铸，同时浇铸四个铸锭，浇铸效率高，所得高氮钢铸锭表面质量好，适用于大规模工业化生产高氮钢。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，包括以下步骤：
(1)在加压钢包中对钢液先进行氮合金化，然后进行深脱氧和深脱硫，最后浇铸得到高氮钢铸锭；所述氮合金化包括底吹氮气和加压下气相-钢液界面渗氮；所述深脱氧和深脱硫是在加压钢包精炼末期向钢液中加入镍镁合金和稀土；
(2)对步骤(1)所述的高氮钢铸锭进行加压电渣重熔，得到高氮钢电渣锭；
所述步骤(1)中的钢液为AOD+LF炉、VOD+LF炉或转炉+LF炉生产的钢液；
所述步骤(1)中气相-钢液界面渗氮时气相渗氮压力p1计算公式如式I所示：
Figure FDA0003467797570000011
所述式I中：p1为气相渗氮压力，单位为MPa；pθ为标准大气压，为0.101325MPa；T为冶炼温度，单位为K；
所述步骤(1)中底吹氮气时底吹压力p2的计算公式如式II所示：
p2＝1.1(p1+ρ钢gh+p损) 式II，
所述式II中：p2为底吹压力，单位为MPa；p1为气相渗氮压力，单位为MPa；ρ钢为钢液密度，单位为kg/m3；g为重力加速度，9.8m/s2；h为钢包中钢液的深度，单位为m；p损为管路和透气砖内压力损失，0.30～0.50MPa；
所述高氮钢为高氮奥氏体不锈钢或高氮马氏体不锈钢；
所述高氮钢为高氮奥氏体不锈钢时，所述步骤(1)中浇铸压力p3的计算公式如式III所示：
p3＝[(0.30～0.40)p1/pθ+(0.50～0.60)] 式III，
所述式III中：pθ为标准大气压；
所述步骤(2)中加压电渣重熔的冶炼压力p4的计算公式如式IV所示：
p4＝[p3+(0.30～0.40)] 式IV；
所述高氮钢为高氮马氏体不锈钢时，所述步骤(1)中浇铸压力p5的计算公式如式V所示：
p5＝[(0.15～0.20)p1/pθ+(0.45～0.60)] 式V；
所述式V中：pθ为标准大气压；
所述步骤(2)中加压电渣重熔的冶炼压力p6的计算公式如式VI所示：
p6＝[p5+(0.30～0.40)] 式VI。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中氮合金化前，对所述加压钢包依次进行预热、倒入钢液和抽真空处理，所述预热的温度为1100～1200℃，所述抽真空处理的真空度＜15Pa。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中钢液的温度为1620～1650℃，并已经过预脱氧和脱硫处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按质量百分比计，所述高氮钢为高氮奥氏体不锈钢时，所述高氮奥氏体不锈钢的成分包括：C：0.02～0.1％，Mn：5～30％，Cr：18～30％，Si：≤1％，Mo：0～6.0％，N：0.2～1.2％，Ni：0～25％，V：0～1％，S：≤0.015％，P：≤0.05％和余量的Fe。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按质量百分比计，所述高氮钢为高氮马氏体不锈钢时，所述高氮马氏体不锈钢的成分包括：C：0.1～1.0％，Mn：0.1～1％，Cr：12～20％，Si：≤1％，Mo：0～3.0％，N：0.1～0.6％，Ni：0～4.5％，V：0～2％，S：≤0.015％，P：≤0.05％和余量的Fe。
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