CN115404396A - 一种Cr18Mn20Ni5N高氮钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高氮钢的制备方法，一种Cr18Mn20Ni5N高氮钢的制备方法，包括以下步骤：步骤一：真空感应炉冶炼—浇注电极坯；步骤二：电渣重熔装料；步骤三：惰性气体吹扫；步骤四：熔炼；步骤五：补缩；步骤六：模冷、脱模。本发明的有益效果是解决了高氮钢电渣锭表面气孔问题，达到冶炼的电渣锭表面无气孔。
Description
技术领域
本发明涉及一种高氮钢的制备方法，尤其涉及一种Cr18Mn20Ni5N高氮钢的制备方法。
背景技术
Cr18Mn20Ni5N是一种高氮无磁不锈钢，氮含量达5500-7000ppm，高氮无磁不锈钢国内外生产现状，分为两种工艺路线，一种通过加压电渣炉冶炼，加压电渣炉氮气压力可达到1.5-2个大气压，氮能够充分溶解在电渣锭中，且在浇铸过程外界氮压强大于钢种氮饱和溶解度，氮不易逸出形成气泡；另一种是氩氧炉冶炼，普通电渣重熔，但存在气孔问题和冶炼过程氮损失大(超过250ppm)的问题。
本发明采用真空感应炉冶炼电极坯，再通过保护气氛电渣炉冶炼高氮钢Cr18Mn20Ni5N，全程控制气氛氮分压高于该钢种氮的饱和溶解度，电渣冶炼过程采取较低熔炼温度、低熔速以解决钢锭在凝固过程氮的逸出造成氮损失大的问题和钢锭气孔问题。
发明内容
本发明的目的就是针对上述问题，提供一种Cr18Mn20Ni5N高氮钢的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：一种Cr18Mn20Ni5N高氮钢的制备方法，包括以下步骤：步骤一：真空感应炉冶炼—浇注电极坯：真空感应炉炉料熔化后，向炉内充入500-700mbar的氮气进行气氛保护，把含氮7-11%的氮化铬铁加入炉内熔化，出钢，浇铸成电极坯；步骤二：电渣重熔装料：将要熔炼的高氮钢电极坯与假电极焊接在一起，并与电极夹持器连接，结晶器底部放置同材质引弧环、车屑和总渣料8-10%的渣料，渣料配比为：CaF2：53-57%，Al2O3：23-27%，CaO：15-17%，MgO：3-5%；步骤三：惰性气体吹扫：闭合保护罩，通入氮气气进行炉底吹扫，同时开启排烟装置，使炉内空气排出，时间5-10分钟；随后向保护罩内充入氮气进行气氛保护，氮气流量10-15 L/min；步骤四：熔炼：渣料化清后，熔炼期开始，熔化率熔化率（kg/h）=0.75×结晶器直径（mm），熔炼过程渣阻摆动＜0.5mΩ，充填比即电极直径/结晶器直径,单位:mm：0.7-0.8；步骤五：补缩：采用三阶段，先快速递减功率补缩，然后慢速递减功率补缩，最后恒功率保温；步骤六：模冷、脱模。
步骤一中的冶炼过程温度控制在1500-1580℃。
本发明的有益效果是：1、解决高氮钢电渣锭表面气孔问题，达到冶炼的电渣锭表面无气孔。
2、电渣冶炼过程氮损失≤100ppm。
3、采用氮气保护下的合金增氮方法，制备氮含量大于6000ppm的高氮钢电极坯；产品各项性能指标都满足标准要求，一次合格率98%以上。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
图1是本发明高氮无磁钢Cr18Mn20Ni5N氮的溶解度与熔炼温度的关系曲线图。
具体实施方式
1.高氮钢化学成分：
2、工艺流程：真空冶炼—浇注成电极坯—电渣冶炼。
3、技术要点
1)熔炼温度
对电渣冶炼高氮无磁钢Cr18Mn20Ni5N冶炼温度对氮溶解度的影响进行了理论分析，通过理论计算，作出了该钢种温度-N溶解度曲线。见图1。
由图可知，该钢种电渣冶炼过程中氮溶解度随温度升高而显著降低，在1635℃氮在钢液中溶解度只有5800ppm，而在1580℃以下氮在钢液中溶解度可达到6000ppm以上，温度过低不利于渣钢反应，影响夹杂物去除，所以冶炼过程温度控制在1500-1580℃。
2）电渣冶炼渣系：为了减少熔炼过程N的外溢，采用高粘度渣系；为了减少凝固过程氮的饱和溶解度快速下降而使氮析出，宜设计高熔点、低电导率渣系，降低局部凝固时间。
渣系组成为：CaF2:Al2O3:CaO:MgO=55:25:15:5
3）熔速
为了防止在凝固过程N析出，必须减小熔池深度，进而缩短钢液局部凝固时间，所以熔速不能太大。熔化速率（kg/h）=0.75×结晶器直径（mm）。
本发明的Cr18Mn20Ni5N冶炼方法包括下述依次的步骤：
Ⅰ真空感应炉冶炼—浇注电极坯
真空感应炉炉料熔化后，向炉内充入700mbar的氮气进行气氛保护，把计算好的氮化铬铁（含氮8%）加入炉内熔化，出钢，浇铸成钢锭。
Ⅱ电渣重熔：采用渣系配比为：CaF2：55%，Al2O3：25%，CaO：15%，MgO：5%，氮气保护下重熔，氩气流量15 L/min。
1）装料：将要熔炼的高氮钢电极与假电极焊接在一起，并与电极夹持器连接。结晶器底部放置同材质引弧环、车屑和总渣料8-10%的渣料。
2）惰性气体吹扫：闭合保护罩，通入氮气气进行炉底吹扫，同时开启排烟装置，使炉内空气排出，时间5-10分钟。
3）熔炼：渣料化清后，熔炼期开始，熔化率熔化率（kg/h）=0.75×结晶器直径（mm）。熔炼过程渣阻摆动＜0.5mΩ。充填比：0.75（电极直径/结晶器直径,单位:mm），
4）补缩：采用三阶段，先快速递减功率补缩，然后慢速递减功率补缩，最后恒功率保温。
5）模冷、脱模。
步骤Ⅱ采用四元渣系，配比为：CaF2：55%，Al2O3：25%，CaO：15%，MgO：5%，该渣系高粘度高，高熔点、低电导率，使钢锭结晶过程局部凝固时间缩短，有效防止了氮析出形成气泡，并且降低了氮损失。
步骤Ⅱ 为了防止在凝固过程N析出，电渣冶炼熔化速率（kg/h）=0.75×结晶器直径（mm），减小了熔池深度，使熔池浅平，进而缩短了钢液局部凝固时间，防止了在凝固过程N析出。
步骤Ⅱ电渣冶炼过程温度控制在1500-1580℃。而在1580℃以下氮在Cr18Mn20Ni5N钢液中溶解度可达到6000ppm以上，有利于减少电渣冶炼过程氮损失。
利用本发明生产的Cr18Mn20Ni5N，冶炼的电渣锭表面无气孔；电渣冶炼过程氮损失≤100ppm；产品各项性能指标都满足标准要求，一次合格率98%以上。
实施例一
Ⅰ真空感应炉冶炼—浇注电极坯
真空感应炉炉料熔化后，向炉内充入600mbar的氮气进行气氛保护，把计算好的氮化铬铁（含氮8.6%）加入炉内熔化，出钢，浇铸成电极坯，电极坯成分见下表。
Ⅱ电渣重熔：采用渣系配比为：CaF2：53%，Al2O3：27%，CaO：16%，MgO：4%，氮气保护下重熔，氩气流量14 L/min。
1）装料：将要熔炼的高氮钢电极与假电极焊接在一起，并与电极夹持器连接。结晶器底部放置同材质引弧环、车屑和总渣料8-10%的渣料。
2）惰性气体吹扫：闭合保护罩，通入氮气气进行炉底吹扫，同时开启排烟装置，使炉内空气排出，时间5-10分钟。
3）熔炼：渣料化清后，熔炼期开始，熔化率熔化率（kg/h）=0.75×结晶器直径（mm）。熔炼过程渣阻摆动＜0.5mΩ。充填比：0.73（电极直径/结晶器直径,单位:mm），
4）补缩：采用三阶段，先快速递减功率补缩，然后慢速递减功率补缩，最后恒功率保温。
5）模冷、脱模。
成品成分见下表。
步骤Ⅱ采用四元渣系，配比为：CaF2：55%，Al2O3：25%，CaO：15%，MgO：5%，该渣系高粘度高，高熔点、低电导率，使钢锭结晶过程局部凝固时间缩短，有效防止了氮析出形成气泡，并且降低了氮损失。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (2)
1.一种Cr18Mn20Ni5N高氮钢的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：真空感应炉冶炼—浇注电极坯：真空感应炉炉料熔化后，向炉内充入500-700mbar的氮气进行气氛保护，把含氮7-11%的氮化铬铁加入炉内熔化，出钢，浇铸成电极坯；
步骤二：电渣重熔装料：将要熔炼的高氮钢电极坯与假电极焊接在一起，并与电极夹持器连接，结晶器底部放置同材质引弧环、车屑和总渣料8-10%的渣料，渣料配比为：CaF2：53-57%，Al2O3：23-27%，CaO：15-17%，MgO：3-5%；
步骤三：惰性气体吹扫：闭合保护罩，通入氮气气进行炉底吹扫，同时开启排烟装置，使炉内空气排出，时间5-10分钟；随后向保护罩内充入氮气进行气氛保护，氮气流量10-15 L/min；
步骤四：熔炼：渣料化清后，熔炼期开始，熔化率熔化率（kg/h）=0.75×结晶器直径（mm），熔炼过程渣阻摆动＜0.5mΩ，充填比即电极直径/结晶器直径,单位:mm：0.7-0.8；
步骤五：补缩：采用三阶段，先快速递减功率补缩，然后慢速递减功率补缩，最后恒功率保温；
步骤六：模冷、脱模。
2.根据权利要求1所述的一种Cr18Mn20Ni5N高氮钢的制备方法，其特征在于：步骤一中的冶炼过程温度控制在1500-1580℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221129 |
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