[发明专利]一种加压感应与保护气氛电渣重熔双联制备高氮钢的方法

摘要

一种加压感应与保护气氛电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，高氮钢为高氮马氏体钢或高氮奥氏体钢，步骤包括：准备原料、确定冶炼压力和浇铸压力、加压感应熔炼、脱氧、浇铸、电渣重熔等。本发明的方法由于电渣重熔具有较高的凝固速度，可抑制氮的逸出，获得氮含量略高于常压溶解度的高氮钢重熔锭，且制备的高氮钢具有优良的耐腐蚀性能和力学性能；对于降低高氮钢的生产成本，采用保护气氛电渣重熔工艺制备氮含量略高于常压下溶解度的高氮钢是一条新的途径。

主权项

1.一种加压感应与保护气氛电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，按以下步骤进行：(1)根据高氮钢的目标氮含量，利用公式①确定铸锭的氮含量；所述的高氮钢为高氮马氏体钢，其目标成分按质量百分比为：C 0.1～0.6％，Mn 0～5％，Cr 12～20％，Si≤1％，Mo 0～3％，N 0.1～0.35％，Ni 0.1～2％，V 0～1％，余量为Fe；所述的公式①为：[％N]1＝[％N]+(0.1～0.3)式中，[％N]1表示铸锭的目标氮质量百分数，[％N]表示高氮钢的目标氮质量百分数；结合目标钢种的成分、冶炼原料成分和所要冶炼钢锭重量，计算所需各种原料的重量，配制冶炼原料；(2)通过公式②计算出加压感应熔炼过程的冶炼压力p1；所述的公式②为：式中：T为冶炼温度，单位为K；[％N]1为铸锭中氮的质量百分数，[％C]为铸锭中碳的质量百分数，[％Mn]为铸锭中锰的质量百分数，[％Cr]为铸锭中铬的质量百分数，[％Si]为铸锭中硅的质量百分数，[％Mo]为铸锭中钼的质量百分数，[％V]为铸锭中钒的质量百分数，[％Ni]为铸锭中镍的质量百分数，p1为冶炼压力，单位为MPa；pΘ为标准大气压，单位为MPa；其特征在于：(3)通过公式③计算浇铸压力p2；所述的公式③为：p2＝[p1+(0.5～0.9)]式中：p2为浇铸压力，单位为MPa；(4)准备冶炼原料；将工业纯铁和含铬成分置于加压感应炉的坩埚内，放入或不放入含钼成分和金属镍；将石墨和工业硅置于加料仓内，放入或不放入含钒成分以及含锰成分，最后加入镍镁合金；所述的含铬成分为金属铬或铬铁合金，所述的含钼成分为金属钼或钼铁合金，所述的含锰成分为金属锰或电解锰，所述的含钒成分为金属钒或钒铁合金；(5)对加压感应炉抽真空至10Pa以下，通电升温，熔化坩埚内的冶炼原料；(6)待加压感应炉坩埚中冶炼原料全部熔化之后，向炉内通入氩气至10～50kPa，从加料仓向坩埚中加入全部石墨总质量的40～80％，再次对加压感应炉抽真空，进行真空碳脱氧反应，直至真空度到10Pa以下且液面平稳，不再有气泡产生，完成真空碳脱氧反应；(7)真空碳脱氧结束后，从加料仓加入工业硅，进行二次脱氧；然后向加压感应炉内充入氮气至冶炼压力p1，然后向坩埚中依次加入含锰成分、含钒成分和剩余的石墨进行合金化，最后加入镍镁合金进行深脱氧；(8)将深度脱氧后的物料在1530～1590℃温度下保温5～10min，使钢液中合金元素分布均匀；(9)向加压感应炉内充入氮气至压力为浇铸压力p2，然后进行浇铸，浇铸温度为1530～1590℃；浇铸结束后，冷却30min以上，之后浇铸压力减压至常压，脱出钢锭；(10)采用保护气氛电渣重熔炉，将钢锭按照保护气氛电渣重熔炉所要求的充填比锻造成自耗电极，焊接到假电极上，将假电极装卡在电极夹持器上；(11)将预熔渣在300～800℃条件下烘烤5～9小时；在自耗电极下面的底水箱上放置引弧环、0.30±0.05kg引弧屑和占总质量8～10％的预熔渣，使自耗电极和下面的底水箱及引弧屑紧密接触，保证通电后有电流通过；(12)闭合保护罩，通入压强为0.2±0.05MPa流量为15～20NL/min氮气进行炉底吹扫，同时开启排烟装置，排除保护气氛电渣重熔炉内的空气，时间5～10min；(13)关闭排烟阀门，向结晶器及保护罩内通入氮气，流量为10～15NL/min，保持保护罩内压力高于大气压0.05～0.1MPa；(14)开启供水系统向结晶器的冷却水夹套内供水，闭合交流电源，采用固态起弧方法进行起弧造渣，化渣电压24～32V，化渣电流500～2200A，化渣时间20～25min，化渣过程中以0.5～1.5kg/min的速度均匀加入渣料；(15)化渣完成后，调整电压至35～38V、电流至1800～2600A，开始熔炼，熔速控制方程为v＝(0.6～0.7)×D kg/h，式中，D为加压电渣重熔炉结晶器尺寸，单位为mm；电渣重熔过程中以0.4～0.7kg/吨钢的比例加入硅钙合金粉末作为脱氧剂；(16)采用每次降低电流500～1000A的方式进行补缩，确保补缩填充充分，保证补缩端面平整；(17)补缩结束后，抬升假电极，冶炼结束；关闭交流电源，待钢锭冷却后，关闭结晶器冷却水，脱出电渣锭，获得高氮钢。