一種用高合金熔體制備高強(qiáng)度不銹鋼的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用高合金熔體制備高強(qiáng)度不銹鋼的方法，其特征在于：先分別制備高氮合金熔體和Fe-Cr-Mn熔體后，再將Fe-Cr-Mn熔體緩慢兌入高氮合金熔體，控溫并攪拌均勻后出爐澆注，其有利于高氮合金與Fe-Cr-Mn平穩(wěn)熔合，顯著減少氮逸出，可得到氮含量較高且較穩(wěn)定的高氮鋼熔體，從而獲得氣泡少、氮含量高的高氮鋼坯，檢測(cè)氮含量最高可接近1.0wt%。
【專利說明】一種用高合金熔體制備高強(qiáng)度不銹鋼的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用高合金熔體制備高強(qiáng)度不銹鋼的方法，是一種常壓冶煉高氮不銹鋼的方法，屬于鋼鐵冶煉領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高氮不銹鋼(以下稱高氮鋼)以其節(jié)鎳、耐蝕、高強(qiáng)度、高塑性等優(yōu)異性能受到矚目，作為高強(qiáng)韌同時(shí)耐蝕不銹的新型鋼種可在更寬闊更復(fù)雜的領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
[0003]高氮鋼主要化學(xué)元素組成為鐵(Fe)、鉻(Cr)、錳(Mn)、氮(N)及少量鑰(Mo)、銅(Cu)、硅(Si)、鈮(Nb)、釩(V)、鈦(Ti)等，其中氮元素的含量應(yīng)≤0.6wt%。在高氮鋼冶煉時(shí)氮較難加入并易從熔體中逸出形成氮?dú)?，因此一般采用高壓力下冶煉，限制了產(chǎn)量。200810050792.8專利申請(qǐng)?zhí)岢隽顺合聦⒏叩t鐵加入Fe-Mn熔體冶煉高氮鋼的方法，201210458675.1專利申請(qǐng)也提出了常壓下將氮化錳加入Fe-Cr熔體冶煉高氮鋼的方法，使高氮鋼常壓下生產(chǎn)成為可能。但向Fe-Mn熔體加入高氮鉻鐵仍然有大量的氮逸出，需要快節(jié)奏操作，成錠后氮含量不穩(wěn)定，需要較長(zhǎng)時(shí)間固溶處理以消除氮化物和鐵素體；而向Fe-Cr熔體加入氮化錳過程會(huì)有大量錳被氧化使大量氮逸出，也難以得到氮含量較高的高氮鋼。
[0004]試驗(yàn)研究表明，向Fe-Cr-Mn熔體加入固態(tài)高氮合金過程出現(xiàn)氮大量逸出的主要原因是:氮含量較高的含氮鉻鐵在Fe-Cr-Mn熔體中快速熔化致使大量氮在固液界面快速被釋放，卻又不能及時(shí)被Fe-Cr-Mn熔體吸收,導(dǎo)致大量氮逸出為氮?dú)猓笷e-Cr-Mn熔體不能獲得理想的高氮含量，從而得不到理想氮含量的高氮鋼，而且未溶解的高氮鉻鐵在澆注凝固時(shí)還會(huì)因固液面溶氮能力不足而產(chǎn)生的大量氮?dú)馀莶荒茉谌垠w凝固前及時(shí)逸出，滯留于鋼坯中形成氣泡缺陷。
[0005]采用液態(tài)兌入是減少高氮鋼熔體氮逸出的方法之一，200810300678.6專利申請(qǐng)?zhí)岢鰧⑷蹮挼匿撍尤氲胶辖鹨褐兄苽涓叩?，可以使高氮鋼的最高氮含量達(dá)到0.95wt%,但僅提供了 N≤0.47%的護(hù)環(huán)鋼及氮含量在0.15-0.4wt%含氮鋼的實(shí)施例。一般來說高氮鋼的氮含量(0.6-1.2wt%范圍內(nèi))越高，其性能就越優(yōu)越，如隨著護(hù)環(huán)鋼的氮含量提高將顯著提高其各項(xiàng)性能指標(biāo)并提高在電力發(fā)電設(shè)備中的應(yīng)用級(jí)別，因此盡量提高高氮鋼的氮含量是必要的。而實(shí)驗(yàn)表明，簡(jiǎn)單地將低碳鋼水兌入含氮合金液中仍然會(huì)造成大量氮逸出而難以獲得氮含量較高的高氮鋼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種用高合金熔體制備高強(qiáng)度不銹鋼的方法，是一種常壓下將基礎(chǔ)鋼水兌入高氮合金熔體制備高氮鋼的方法，可顯著減少氮逸出，得到氮含量較高且穩(wěn)定的聞氣鋼溶體，從而獲得氣泡少、氣含量聞的聞氣鋼還。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種用高合金熔體制備高強(qiáng)度不銹鋼的方法，其特征在于:先分別制備高氮合金熔體和Fe-Cr-Mn熔體后，再將Fe-Cr-Mn熔體限流兌入高氮合金熔體中，控溫并攪拌均勻后出爐澆注，其中具體步驟如下:
1)制備Fe-Cr-Mn熔體:選用或精煉碳含量較低的工業(yè)純鐵，將其熔化后加入金屬錳和微碳鉻鐵，使Mn含量占熔體的5-40wt%，Cr含量占熔體的O-20wt%，保持熔體碳含量(0.08wt%，保持熔體溫度在1500°C-1700°C范圍內(nèi)；
2)制備高氮合金熔體，其高氮合金組成為高氮鉻鐵和氮化鉻鐵及氮化錳的混合物，混合比例為任意，控制氮含量為2-10wt% ;將高氮合金快速熔化為熔體后，加入O-30被％金屬錳和O-30wt%微碳鉻鐵，將熔體保持在能夠維持熔體狀態(tài)的較低溫度，保持在1450°C-1600°C范圍內(nèi)；
3)制備高氮鋼熔體:將Fe-Cr-Mn熔體溫度調(diào)整至1550°C-1650°C，以單流束或多流束緩慢兌入高氮合金熔體中，每單流束流量< 600kg/min，攪拌熔體使其混合均勻，混合攪拌過程溫度控制在1450°C-1600°C范圍內(nèi)，混合攪拌時(shí)間為O-15min ；
4)混合攪拌后將高氮鋼熔體溫度快速調(diào)至1550°C-1650°C后出爐澆注；
上述冶煉過程的脫S、脫P(yáng)、脫O及造渣、除渣方法為常規(guī)煉鋼操作方法。
[0008]所述熔化及保溫爐為中頻感應(yīng)爐或LF爐(鋼包精煉爐)。
[0009]所述攪拌熔體方式可通過中頻感應(yīng)爐運(yùn)行過程中產(chǎn)生的電感攪拌方式。
[0010]所述高氮合金的材料為高氮鉻鐵，其氮含量為5-12wt%。
[0011]所述高氮合金的材料為氮化鉻鐵，其氮含量為3-5wt%。
[0012]所述高氮合金的材料為高氮鉻鐵和氮化鉻鐵及氮化錳的混合物，其氮化錳所占比例< 50wt%o
[0013]所述的將Fe-Cr-Mn熔體以多流束緩慢兌入高氮合金熔體，是采用分流器分流為-2流束后緩慢兌入高氮合金熔體。
[0014]所述的分流器為現(xiàn)有技術(shù)制作的可將流體由單流束大流量分流為多流束小流量的耐火材料件。
[0015]所述的將Fe-Cr-Mn熔體以單流束或多流束緩慢兌入高氮合金熔體中的每單流束流量< 400kg/min。
[0016]所述的制備高氮鋼熔體的混合攪拌過程溫度控制在1450°C-1550°C范圍內(nèi)。
[0017]所述的制備高氮鋼熔體的混合攪拌時(shí)間為O-5min。
[0018]本發(fā)明的積極效果是有利于高氮合金與Fe-Cr-Mn平穩(wěn)熔合，顯著減少氮逸出，可得到氮含量較高且較穩(wěn)定的高氮鋼熔體，從而獲得氣泡少、氮含量高的高氮鋼坯，檢測(cè)氮含量最高可接近1.0wt%。本發(fā)明的試驗(yàn)結(jié)果表明，為保證基礎(chǔ)鋼水兌入高氮合金熔體制備高氮鋼熔體過程中氮逸出減少，需要采取如下措施:
1)對(duì)基礎(chǔ)鋼水的化學(xué)成分進(jìn)行設(shè)計(jì)制備，兌入前添加高氮鋼所需的保氮元素Mn、Cr、Mo等并降低碳含量(排斥氮的元素)，形成Fe-Mn-Cr熔體或Fe-Mn-Cr-Mo熔體,從而提高熔體對(duì)氮的快速吸收能力；
2)兌入前向高氮合金熔體添加高氮鋼所需的保氮元素Mn、Cr等，降低其熔體中氮的百分含量;
3)采用多流束，每流束小流量?jī)度敫叩辖鹑垠w的方法，以增大兩種不同成分的熔體相混合的接觸面積；也可以采用單流束小流量?jī)度敫叩辖鹑垠w的方法，但需延長(zhǎng)兌入時(shí)間；4)盡量降低兌入過程和兌入后均勻攪拌的溫度并盡量減少過程所用時(shí)間。
【具體實(shí)施方式】
[0019]試驗(yàn)用材料為工業(yè)純鐵(C ( 0.05wt%)、高氮鉻鐵(N=8wt%，Cr=60wt%)、氮化鉻鐵(N=3wt%, Cr=60wt%)、氮化猛(氮化金屬猛 N=7wt%, Mn=90wt%)、電解金屬猛(Mn ≥ 98wt%)、微碳鉻鐵(C ( 0.06wt%, Cr=60wt%);試驗(yàn)用熔化爐采用兩臺(tái)5T中頻感應(yīng)爐，分別熔化基礎(chǔ)鋼水和高氮合金；試驗(yàn)主要設(shè)計(jì)成分為:C < 0.05wt%, Cr=18-20wt%, Mn=15-18wt%,N=0.7-1.0wt%, Mo、S1、S、P等其它元素≤3wt%，余量為Fe ;每次試驗(yàn)制備高氮鋼重量約5000kgo
[0020]實(shí)施例1
以氮化鉻鐵為主要加氮合金制備高氮鋼:
材料準(zhǔn)備總重量為5030kg，其中:
制備Fe-Cr-Mn熔體材料組成為:工業(yè)純鐵2400kg，電解金屬錳800kg，微碳鉻鐵IOkg ；制備高氮合金熔體材料組成為:氮化鉻鐵1650kg，高氮鉻鐵10kg，氮化錳10kg，電解金屬猛150kg。
[0021]步驟:
I)用其中一臺(tái)中頻感應(yīng)爐制備Fe-Cr-Mn熔體:先向爐內(nèi)加入全部工業(yè)純鐵后升溫加熱待部分熔化后加入微碳鉻鐵，電解金屬錳，繼續(xù)加熱直至全部熔化，調(diào)整其熔體溫度1550。。-1580°C 之間。
[0022]2)用另一臺(tái)中頻感應(yīng)爐制備高氮合金熔體:將高氮鉻鐵、氮化鉻鐵和氮化錳全部加入爐內(nèi)升溫加熱直至全部熔化后加入電解金屬錳，調(diào)整其熔體溫度為1500°C-1550°C之間。
[0023]3)把Fe-Cr-Mn熔體溫度升至1650°C后倒入保溫澆包，再以流量為600kg/min的單流束兌入高氮合金熔體,并不斷擺動(dòng)澆包,兌入過程將中頻感應(yīng)爐調(diào)至O功率并輕輕搖擺保溫澆包以改變Fe-Cr-Mn熔體流入高氮合金熔體中的位置，兌入過程所用時(shí)間約6min。
[0024]4)兌入完成后，測(cè)定熔體溫度為1570°C，調(diào)整中頻感應(yīng)爐功率，保持熔體溫度為1520°C-1550°C，同時(shí)利用中頻電磁作用進(jìn)行攪拌2min后，將熔體溫度升至1620°C并脫氧出渣后進(jìn)行取樣和出爐澆注。
[0025]檢測(cè)獲得高氮鋼4960kg，檢測(cè)其主要化學(xué)成分為:C=0.046wt%, Cr=19.8wt%，Mn=17.7wt%, N=0.81wt%, Fe=58.8wt%，余為其它元素。
[0026]實(shí)施例2
以高氮鉻鐵為主要加氮合金制備高氮鋼:
材料準(zhǔn)備總重量為5050kg，其中:
制備Fe-Cr-Mn熔體材料組成為:電解金屬錳600kg，微碳鉻鐵60kg，工業(yè)純鐵2420kg ；制備高氮合金熔體材料組成為:高氮鉻鐵1600kg，氮化鉻鐵10kg，氮化錳10kg，電解金屬錳350kg。
[0027]步驟:
I)用中頻感應(yīng)爐制備Fe-Cr-Mn熔體方法與實(shí)施例1相同。
[0028]2)用中頻感應(yīng)爐制備高氮合金熔體:將高氮鉻鐵、氮化鉻鐵和氮化錳加入爐內(nèi)升溫加熱直至全部熔化后加入電解金屬錳，調(diào)整其熔體溫度為1500°C?1550°C之間，待高氮鉻鐵中不穩(wěn)定的CrN分解為氮?dú)怙w濺逸出明顯減少(只剩下穩(wěn)定的Cr2N和少量CrN)后待用。
[0029]3)把Fe-Cr-Mn熔體溫度升至1650°C后倒入保溫澆包，再用I分4流束分流器將Fe-Cr-Mn熔體分為4束分流兌入高氮合金熔體，每單流束流量控制約為300kg/min，兌入過程將中頻感應(yīng)爐調(diào)至O功率并輕搖擺保溫澆包來改變Fe-Cr-Mn熔體流入高氮合金熔體中的位置，兌入過程所用時(shí)間約3min。
[0030]4)兌入完成后，測(cè)定熔體溫度為1550°C，調(diào)整中頻感應(yīng)爐功率，保持熔體溫度為1520°C?1550°C，同時(shí)利用中頻電磁作用進(jìn)行攪拌2min后，再將熔體溫度升至1650°C并脫氧出渣后進(jìn)行取樣和出爐澆注。
[0031]檢測(cè)獲得高氮鋼4968kg，檢測(cè)其主要化學(xué)成分為:C=0.048wt%, Cr=19.5wt%，Μη=17.lwt%, N=0.99wt%, Fe=59.7wt%，余為其它元素。
[0032]實(shí)施例3
以氮化鉻鐵和氮化錳為主要加氮合金制備高氮鋼:
材料準(zhǔn)備總重量為5050kg，其中:
制備Fe-Cr-Mn熔體材料組成為:電解金屬錳150kg，微碳鉻鐵400kg，工業(yè)純鐵2400kg ；
制備高氮合金熔體材料組成為:氮化鉻鐵900kg,氮化猛770kg,電解金屬猛50kg,微碳鉻鐵380kg。
`[0033]步驟:
I)制備Fe-Cr-Mn熔體方法與實(shí)施例1相同。
[0034]2)制備高氮合金熔體:將氮化鉻鐵和氮化錳及微碳鉻鐵一起加入爐內(nèi)升溫加熱直至全部熔化后加入電解金屬錳，調(diào)整其熔體溫度為1500°C?1550°C之間。
[0035]3)把Fe-Cr-Mn熔體兌入高氮合金熔體及取樣和出爐澆注與實(shí)施例1相同。
[0036]檢測(cè)獲得高氮鋼4960kg，檢測(cè)其主要化學(xué)成分為:C=0.041wt%, Cr=19.5wt%，Μη=17.2wt%, N=0.85wt%, Fe=62.0wt%，余為其它元素。
[0037]實(shí)施例4
以高氮鉻鐵和氮化錳為主要加氮合金制備高氮鋼:
材料準(zhǔn)備總重量為5050kg，其中:
制備Fe-Cr-Mn熔體材料組成為:電解金屬錳150kg，微碳鉻鐵400kg，工業(yè)純鐵2400kg ；
制備高氮合金熔體材料組成為:高氮鉻鐵900kg,氮化猛770kg,電解金屬猛50kg,微碳鉻鐵380kg。
[0038]步驟:
I)制備Fe-Cr-Mn熔體方法與實(shí)施例1相同。
[0039]2)制備高氮合金熔體方法:將高氮鉻鐵和氮化錳及微碳鉻鐵一起加入爐內(nèi)升溫加熱直至全部熔化后加入電解金屬錳，調(diào)整其熔體溫度為1500°C?1550°C之間。
[0040]3)把Fe-Cr-Mn熔體兌入高氮合金熔體方法及取樣和出爐澆注與實(shí)施例2相同。
[0041]檢測(cè)獲得高氮鋼4955kg，檢測(cè)其主要化學(xué)成分為:C=0.049wt%, Cr=19.2wt%，Μη=16.7wt%, N=0.86wt%, Fe=60.6wt%，余為其它元素。
[0042]從上述實(shí)施例可以看出，用本發(fā)明所述方法制備的高氮鋼都獲得了較高的氮含量，并保證了 Cr、Mn含.量在設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用高合金熔體制備高強(qiáng)度不銹鋼的方法，其特征在于:先分別制備高氮合金熔體和Fe-Cr-Mn熔體后，再將Fe-Cr-Mn熔體限流兌入高氮合金熔體，控溫并攪拌均勻后出爐澆注，其中具體步驟如下: 1)制備高氮合金熔體，其高氮合金組成為高氮鉻鐵和氮化鉻鐵及氮化錳的混合物，混合比例為任意，控制氮含量為2?10wt% ;將高氮合金快速熔化為熔體后，加入O?30被％金屬錳和O?30wt%微碳鉻鐵，將熔體保持在能夠維持熔體狀態(tài)的較低溫度，保持在1450°C?1600°C范圍內(nèi)； 2)制備Fe-Cr-Mn熔體:選用或精煉碳含量較低的工業(yè)純鐵，將其熔化后加入金屬錳和微碳鉻鐵，使Mn含量占熔體的5?40wt%，Cr含量占熔體的O?20wt%，保持熔體碳含量(0.08wt%，保持熔體溫度在1500°C?1700°C范圍內(nèi)； 3)制備高氮鋼熔體:將Fe-Cr-Mn熔體溫度調(diào)整至1550°C?1650°C，以單流束或多流束緩慢兌入高氮合金熔體中，每單流束流量< 600kg/min，攪拌熔體使其混合均勻，混合攪拌過程溫度控制在1450°C?1600°C范圍內(nèi)，混合攪拌時(shí)間為O?15min ； 4)混合攪拌完成后將高氮鋼熔體快速調(diào)至1550°C?1650°C后出爐澆注。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所示的一種用高合金熔體制備高強(qiáng)度不銹鋼的方法，其特征在于所述高氮合金中的氮化猛所占比例< 50wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所示的一種用高合金熔體制備高強(qiáng)度不銹鋼的方法，其特征在于所述的高氮合金熔體以單流束或多流束緩慢兌入Fe-Cr-Mn熔體的每單流束流量< 400kg/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所 示的一種用高合金熔體制備高強(qiáng)度不銹鋼的方法，其特征在于所述的制備高氮鋼熔體的混合攪拌過程溫度控制在1450°C?1530°C范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所示的一種用高合金熔體制備高強(qiáng)度不銹鋼的方法，其特征在于所述的制備高氮鋼熔體的混合攪拌時(shí)間為O?5min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所示的一種用高合金熔體制備高強(qiáng)度不銹鋼的方法，其特征在于所述的將Fe-Cr-Mn熔體以多流束緩慢兌入高氮合金熔體，是采用分流器分流為> 2流束后緩慢兌入高氮合金熔體。
【文檔編號(hào)】C21C5/52GK103436768SQ201310367892
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】王淮, 孫巖鐸 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)