一種熔煉高強(qiáng)度不銹鋼的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種熔煉高強(qiáng)度不銹鋼的方法，其特征在于：先熔煉高氮合金熔體，再向高氮合金熔體中添加基礎(chǔ)鋼材料，待完全熔化后并均勻后出爐澆注，其有利于高氮合金與基礎(chǔ)鋼材料平穩(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)氮含量最高可達(dá)到0.90wt%。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種熔煉高強(qiáng)度不銹鋼的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熔煉高強(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(chēng)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(zhuān)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(zhuān)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，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，而且成錠后氮含量不穩(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(guò)程也會(huì)因其熔點(diǎn)低且不穩(wěn)定并有大量錳被氧化導(dǎo)致大量氮逸出，也難以得到氮含量較高的高氮鋼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種熔煉高強(qiáng)度不銹鋼的方法，可顯著減少高氮鋼熔煉時(shí)大量氮的逸出，得到氮含量較高且穩(wěn)定的高氮鋼熔體，從而獲得氣泡少、氮含量高的高氮鋼坯。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種熔煉高強(qiáng)度不銹鋼的方法，其特征在于:先熔煉高氮合金熔體，再向高氮合金熔體中添加基礎(chǔ)鋼材料，待完全熔化后并均勻后出爐澆注，其中具體步驟如下:
1)先熔煉高氮合金熔體，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，高氮鉻鐵和氮化鉻的混合比例為任意，氮化錳所占比例< 40wt% ;將高氮合金快速熔化為熔體并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)，控制氮含量為2~10wt% ；
2)向高氮合金熔體添加固態(tài)金屬錳，獲得高錳高氮合金熔體，金屬錳添加量按高氮鋼設(shè)計(jì)成分計(jì)算為高氮鋼重量的5~30wt%，其熔體溫度為維持熔體狀態(tài)的較低溫度，溫度范`圍為 1450°C~1600°C ；
3)向高錳高氮合金熔體添加固態(tài)金屬鐵及其它元素獲得高氮鋼熔體；金屬鐵添加量按高氮鋼設(shè)計(jì)成分計(jì)算為高氮鋼重量的30~60wt% ;其它元素包括鑰、鈮、銅、鈦、釩、稀土等，其添加量按高氮鋼設(shè)計(jì)成分計(jì)算為高氮鋼重量的O~8wt% ;其熔體溫度為維持熔體狀態(tài)的較低溫度，溫度范圍為1450°C~1600°C ;待熔體中固態(tài)物完全熔化后繼續(xù)均勻攪拌O~15min，然后快速溫度至1550°C~1650°C后出爐澆注。
[0006]所述的向高錳高氮合金熔體添加的固態(tài)金屬鐵形狀為粒狀或條狀，其粒狀尺寸為Φ I~Φ 30mm ;其條狀截面尺寸為Φ I~Φ 30_。
[0007]所述的金屬鐵為工業(yè)純鐵或碳含量 0.lwt%的低碳鋼。
[0008]所述的添加粒狀或條狀固態(tài)工業(yè)純鐵為連續(xù)添加，其添加速度為 1000kg/min。
[0009]所述的其它元素中，鑰5.0wt%,鈮(0.5wt%，銅(3.0wt%,鈦(0.5wt%，釩 0.5wt%,稀土< 0.5wt%0
[0010]上述冶煉過(guò)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。
[0011]本發(fā)明的積極效果是常規(guī)煉鋼工藝過(guò)程一般是先熔煉好基礎(chǔ)鋼水后，再向其鋼水中添加所需的各種合金元素，待合金元素熔入鋼水并均勻后，再出爐澆注。用常規(guī)煉鋼工藝熔煉高氮鋼也是先熔煉Fe-Mn或Fe-Mn-Cr的基礎(chǔ)鋼水，再向基礎(chǔ)鋼水中添加固態(tài)高氮合金，該添加過(guò)程容易出現(xiàn)氮大量逸出，主要原因是:氮含量較高的含氮鉻鐵在Fe-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)被熔氮能力較差的Fe-Mn熔體快速吸收，導(dǎo)致大量氮逸出為氮?dú)?。為此本發(fā)明將熔煉高氮鋼工序顛倒，先將保氮能力強(qiáng)的高氮合金熔化為熔體，再向其熔體中添加金屬錳，以進(jìn)一步提高保氮能力并降低其熔體中的氮濃度，最后加入金屬鐵，使高氮合金中的氮受液態(tài)高氮合金熔體的保護(hù)而不會(huì)在固液界面大量釋放；其有利于高氮合金與基礎(chǔ)鋼材料平穩(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)氮含量最高可達(dá)到 0.90wt%o
【具體實(shí)施方式】
[0012]試驗(yàn)用材料為工業(yè)純鐵(C ( 0.05wt%,塊狀尺寸50X50X50mm)、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%)；
試驗(yàn)用熔化爐采用為一臺(tái)5T中頻感應(yīng)爐；
試驗(yàn)主要設(shè)計(jì)成分為:C 0.05wt%, Cr=18 ~20wt%,Mn=15 ~18wt%, N=0.7 ~1.0 wt%,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5000kg。
[0013]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:
基礎(chǔ)鋼主要材料為:工業(yè)純鐵2400kg，電解金屬錳960kg ；
制備高氮合金熔體材料為:氮化鉻鐵1660kg.步驟:
I)用中頻感應(yīng)爐制備高氮合金熔體:將氮化鉻鐵全部加入爐內(nèi)升溫加熱直至全部熔化后，調(diào)整其熔體溫度為1600°C~1650°C之間。
[0014]2)向爐內(nèi)添加全部電解金屬錳直至全部熔化，調(diào)整其熔體溫度1500°C~1580°C之間。[0015]3)向爐內(nèi)逐步添加工業(yè)純鐵，添加速度為1000kg/min，熔體溫度控制在1500°C-1560°C之間。
[0016]4)添加完成后，保持熔體溫度為1500°C-1560°C，同時(shí)利用中頻電磁作用均勻攪拌Imin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。
[0017]檢測(cè)獲得高氮鋼4966kg，檢測(cè)其主要化學(xué)成分為:C=0.044wt%, Cr=19.7wt%，Μη=17.lwt%, N=0.83wt%, Fe=58.6wt%，余為其它元素。
[0018]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:
基礎(chǔ)鋼主要材料為:工業(yè)純鐵2400kg，電解金屬錳975kg ；
制備高氮合金熔體材料為:氮化鉻鐵1670kg。
[0019]步驟:
I)用中頻感應(yīng)爐制備高氮合金熔體:將高氮鉻鐵全部加入爐內(nèi)升溫加熱直至全部熔化后，調(diào)整其熔體溫度為1600°c-1650°C之間。
[0020]2)向爐內(nèi)添加全部電解金`屬錳直至全部熔化，調(diào)整其熔體溫度1500°C-1550°C之間。
[0021]3)向爐內(nèi)逐步添加工業(yè)純鐵，添加速度添加速度為800kg/min，熔體溫度控制在1500。。-1550°C 之間。
[0022]4)添加完成后，保持熔體溫度為1500°C-1530°C，同時(shí)利用中頻電磁作用均勻攪拌15min后，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。
[0023]檢測(cè)獲得高氮鋼4957kg，檢測(cè)其主要化學(xué)成分為:C=0.045wt%, Cr=19.8wt%，Μη=16.4wt%, N=0.86wt%, Fe=58.5wt%，余為其它元素。
[0024]實(shí)施例3
高氮鉻鐵50wt%和氮化鉻鐵50wt%為主要加氮合金制備高氮鋼:
材料準(zhǔn)備總重量為5050kg，其中:
基礎(chǔ)鋼主要材料為:工業(yè)純鐵2400kg，電解金屬錳975kg。
[0025]制備高氮合金熔體材料為:氮化鉻鐵835kg，高氮鉻鐵835kg。
[0026]步驟:
I)用中頻感應(yīng)爐制備高氮合金熔體:將氮化鉻鐵和高氮鉻鐵全部加入爐內(nèi)升溫加熱直至全部熔化后，調(diào)整其熔體溫度為1600°C-1650°C之間。
[0027]2)向爐內(nèi)添加全部電解金屬錳直至全部熔化，調(diào)整其熔體溫度1500°C-1540°C之間。
[0028]3)向爐內(nèi)逐步添加工業(yè)純鐵，添加速度添加速度為600kg/min，熔體溫度控制在1500°C -1540°C 之間。
[0029]4)添加完成后，保持熔體溫度為1500°C-1530°C，同時(shí)利用中頻電磁作用均勻攪拌5min后，將熔體溫度升至1630°C并脫氧出渣后進(jìn)行取樣和出爐澆注。
[0030]檢測(cè)獲得高氮鋼4960kg，檢測(cè)其主要化學(xué)成分為:C=0.045wt%, Cr=19.5wt%，Μη=16.9wt%, N=0.90wt%, Fe=58.4wt%，余為其它元素。
[0031]實(shí)施例4氮化鉻鐵50wt%、高氮鉻鐵40wt%、氮化錳10wt%為主要加氮合金制備高氮鋼:
材料準(zhǔn)備總重量為5050kg，其中:
基礎(chǔ)鋼主要材料為:工業(yè)純鐵2400kg，電解金屬錳975kg。
[0032]制備高氮合金熔體材料為:氮化鉻鐵835kg，高氮鉻鐵835kg。
[0033]步驟:
I)用中頻感應(yīng)爐制備高氮合金熔體:將氮化鉻鐵和高氮鉻鐵全部加入爐內(nèi)升溫加熱直至全部熔化后再加入氮化錳，調(diào)整其熔體溫度為1580°C-1620°C之間。
[0034]2)向爐內(nèi)添加全部電解金屬錳直至全部熔化，調(diào)整其熔體溫度1500°C-1530°C之間。[0035]3)向爐內(nèi)逐步添加工業(yè)純鐵，添加速度為600kg/min，熔體溫度控制在1500°C-1530°C之間。
[0036]4)添加完成后，保持熔體溫度為1500°C-1520°C，同時(shí)利用中頻電磁作用均勻攪拌3min后，將熔體溫度升至1550°C并脫氧出渣后進(jìn)行取樣和出爐澆注。
[0037]檢測(cè)獲得高氮鋼4955kg，檢測(cè)其主要化學(xué)成分為:C=0.047wt%, Cr=18.6wt%，Μη=17.4wt%, N=0.88wt%, Fe=58.6wt%，余為其它元素。
[0038]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】
1.一種熔煉高強(qiáng)度不銹鋼的方法，其特征在于:先熔煉高氮合金熔體，再向高氮合金熔體中添加基礎(chǔ)鋼材料，待完全熔化后并均勻后出爐澆注，其中具體步驟如下: 1)先熔煉高氮合金熔體，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，高氮鉻鐵和氮化鉻的混合比例為任意，氮化錳所占比例< 40wt% ;將高氮合金快速熔化為熔體并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)，控制氮含量為2-10wt% ； 2)再向高氮合金熔體添加固態(tài)金屬錳,獲得高錳高氮合金熔體,金屬錳添加量按高氮鋼設(shè)計(jì)成分計(jì)算為高氮鋼重量的5-30wt%，其熔體溫度為維持熔體狀態(tài)的較低溫度，溫度范圍為 1450°C-1600°C ； 3)向高錳高氮合金熔體添加固態(tài)金屬鐵及其它元素獲得高氮鋼熔體；金屬鐵添加量按高氮鋼設(shè)計(jì)成分計(jì)算為高氮鋼重量的30-60wt% ;其它元素包括鑰、鈮、銅、鈦、釩、稀土等，其添加量按高氮鋼設(shè)計(jì)成分計(jì)算為高氮鋼重量的O-8wt% ;其熔體溫度為維持熔體狀態(tài)的較低溫度，溫度范圍為1450°C-1600°C ;待熔體中固態(tài)物完全熔化后繼續(xù)均勻攪拌O-15min，然后快速溫度 至1550°C-1650°C后出爐澆注。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔煉高強(qiáng)度不銹鋼的方法，其特征在于所述的固態(tài)金屬鐵的形狀為粒狀或條狀，其粒狀尺寸為Φ1-Φ 30mm ;其條狀截面尺寸為Φ1-Φ30ι?πι。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔煉高強(qiáng)度不銹鋼的方法，其特征在于所述的固態(tài)金屬鐵為工業(yè)純鐵或碳含量< 0.lwt%的低碳鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔煉高強(qiáng)度不銹鋼的方法，其特征在于所述的固態(tài)金屬鐵添加粒狀或條狀固態(tài)工業(yè)純鐵為連續(xù)添加，其添加速度為< 1000kg/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔煉高強(qiáng)度不銹鋼的方法，其特征在于所述的其它元素中，鑰< 5.0wt%,銀< 0.5wt%,銅< 3.0wt%,欽< 0.5wt%, 0.5wt%,稀土< 0.5wt%。
【文檔編號(hào)】C22C38/38GK103451509SQ201310367891
【公開(kāi)日】2013年12月18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)