一种分阶段控制压力的加压感应冶炼高氮不锈钢的方法技术

本发明专利技术公开了一种分阶段控制压力的加压感应冶炼高氮不锈钢的方法，属于高氮不锈钢冶炼技术领域。该方法适用于冶炼的高氮不锈钢钢种成分为：C：≤0.2％，Mn：12～23％，Cr：15～24％，Si：≤1％，Mo：0～4.5％，N：0.7～2％，Ni：0～4.5％，Fe：余量，具体包括：配料与分阶段加压参数的确定；装料；抽真空至10Pa后通电升温；原料熔清后充纯度为≥99.99％氮气至冶炼压力，然后合金化并保温10～15min；充高纯氮气至浇铸压力后进行浇铸。本发明专利技术通过优化氮化合金加入量和合理控制冶炼及浇铸压力，进而有效地解决了高氮不锈钢凝固过程中氮的严重偏析、析出和氮气孔的形成等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高氮不锈钢冶炼
，具体涉及一种分阶段控制压力的加压感应冶炼高氮不锈钢的方法。
技术介绍
氮作为重要的合金元素已被广泛应用到奥氏体不锈钢、双相不锈钢和马氏体不锈钢中，通过与其它合金元素如Mn、Cr、Mo、V、Nb和Ti等的共同作用，不但可以显著改善钢的强度、韧性、蠕变抗力、耐磨性和耐腐蚀性等多种性能，而且氮作为一种强奥氏体形成元素加入奥氏体不锈钢中还可替代部分价格昂贵的Ni元素，因此高氮不锈钢已日益成为一种重要的工程材料，将广泛应用于电力、造船、铁路、石油化工、医用人工骨骼材料等领域。但是由于高氮钢制备技术及工艺的不够完善，高氮钢的发展也受到一定的限制，因此致力于发展高氮钢制备技术，推动我国高氮钢大规模生产是目前急需解决的问题之一。对于氮含量超过常压氮溶解度的高氮不锈钢而言，在常压下难以制备获得，为保证钢液获得更高的氮含量，其冶炼过程必须在加压气氛中进行，特别是在浇铸过程中需要更高的环境压力，以避免氮在高氮不锈钢凝固过程中由于相变和偏析造成的成分不均、氮析出和气孔形成的问题。目前，加压感应炉为高氮不锈钢的品种开发提供了重要的设备保障。在利用加压感应炉冶炼高氮不锈钢过程中面临着两大难题，即如何快速增氮并实现钢中氮含量的精确控制，同时如何确定合理的浇铸压力以避免氮在凝固过程中的严重偏析、析出和气孔形成。由于氮在固相(δ/γ相)和钢液中溶解度的差异，导致了加压感应炉内的冶炼压力与浇铸压力的不同，增大冶炼压力可以有效提高钢液中的氮含量，提高浇铸压力则有利于避免钢液凝固过程中氮的析出和气孔的形成。但在冶炼压力向浇铸压力(高于冶炼压力)转变过程中，较高的浇铸压力在解决氮的析出和气孔的形成的同时，加速了气相渗氮过程，导致高氮不锈钢中氮含量超标，从而加大了加压感应炉熔炼高氮不锈钢过程中氮含量控制的难度。
技术实现思路
在加压感应熔炼制备高氮不锈钢的过程中，如何有效、合理、低成本地控制氮化合金加入量、感应炉内的冶炼压力和浇铸压力，是提高氮含量控制精确和避免凝固缺陷的核心和关键。因此，本专利技术公开了一种分阶段控制压力的加压感应冶炼高氮不锈钢的方法，该方法适用于冶炼各类高氮不锈钢钢种，例如，高氮不锈钢钢种的目标成分可以为：C：≤0.2％，Mn：12～23％，Cr：15～24％，Si：≤1％，Mo：0～4.5％，N：0.7～2％，Ni：0～4.5％，Fe：为余量。本专利技术从控制氮合金加入量、感应炉内的冶炼压力和浇铸压力的角度入手，通过优化氮化合金加入量和合理控制冶炼时的炉内压力和浇铸时的炉内压力，专利技术了一种更合理、高效、经济的高氮不锈钢冶炼的氮合金化方法，有效地实现了利用加压感应炉熔炼高氮不锈钢的成分控制，解决高氮不锈钢凝固过程中氮的严重偏析、析出和氮气孔等问题。一种加压感应冶炼高氮不锈钢的方法，该方法包括以下具体步骤：(1)配料与压力参数确定：依据钢种目标成分，通过下述公式①计算出感应炉内的冶炼压力P1，并结合公式②计算出炉内的浇铸压力P2，同时根据公式③可得冶炼原料中氮的实际加入重量百分比(wt％)1；以此结合冶炼原料成分计算所需冶炼原料的重量百分比，配制冶炼原料，添加1.0～2.0kg/t电解铝，用于脱氧，其中冶炼原料包括：工业纯铁、金属铬或铬铁、金属钼或钼铁、金属镍、金属锰、工业硅、氮化铬、石墨等。钢种目标成分(按重量百分比)为：C：≤0.2％，Mn：12～23％，Cr：15～24％，Si：≤1％，Mo：0～4.5％，N：0.7～2％，Ni：0～4.5％，Fe：余量。冶炼压力P1的计算公式①：P1=Pθ×102{lg[%N]+188/T+1.17+(3280/T-0.75)×A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分阶段控制压力的加压感应冶炼高氮不锈钢的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：(1)配料与压力参数确定：依据高氮不锈钢钢种的目标成分，通过下述公式①计算出加压感应炉内的冶炼压力P1，通过公式②计算出加压感应炉内的浇铸压力P2，根据公式③计算出冶炼原料中氮的实际加入重量百分比(wt％)1，结合冶炼原料的成分确定所需冶炼原料的重量百分比，从而配制冶炼原料，并且添加1.0～2.0kg/t的用于脱氧的电解铝，其中，冶炼原料包括工业纯铁、金属铬或铬铁、金属钼或钼铁、金属镍、金属锰、工业硅、氮化铬和石墨，冶炼压力P1的计算公式①，P1=Pθ×102{lg[%N]+188/T+1.17+(3280/T-0.75)×A}1-0.06×(3280/T-0.75)]]>   ①式①中，P1表示冶炼压力，Pθ表示标准大气压，T表示冶炼温度，A通过下述公式计算得到，A＝0.13[％N]+0.118[％C]+0.043[％Si]+0.011[％Ni]+3.5×10‑5[％Ni]2‑0.024[％Mn]+3.2×10‑5[％Mn]2‑0.01[％Mo]+7.9×10‑5[％Mo]2‑0.048[％Cr]+3.5×10‑4[％Cr]2浇铸压力P2的计算公式②，P2＝[(0.25～0.40)P1/Pθ+(0.15～0.65)]MPa   ②式②中，P2表示浇铸压力，冶炼原料中氮的实际加入重量百分比(wt％)1的计算公式③，③式③中，(wt％)1表示冶炼原料中氮的实际加入重量百分比，(wt％)N表示高氮不锈钢钢种的目标成分中氮的重量百分比；(2)装料：将金属铬或铬铁、金属钼或钼铁、工业纯铁与金属镍放入加压感应炉中的坩埚内，将易氧化或挥发的金属锰、工业硅、氮化铬、电解铝和石墨置于加料仓中；(3)炉料熔化：将加压感应炉内的压力抽真空至10Pa以下，并通电升温至坩埚内的炉料全部熔化；(4)合金化：待加压感应炉的坩埚中的炉料充分融化达到熔清之后，向加压感应炉内充入纯度≥99.999％的高纯氮气至压力为P1，然后通过加料仓向加压感应炉内的坩埚中依次加入工业硅、金属锰、氮化铬、石墨进行合金化，同时添加电解铝脱氧，并在1530～1600℃温度下保温10～15min；(5)浇铸：向加压感应炉内充入纯度≥99.999％的高纯氮气至炉内压力为P2，然后进行浇铸，浇铸结束后，冷却泄压，取出铸锭，其中，浇铸温度为1530～1580℃，增压和浇铸时间共为8～15min。...

【技术特征摘要】
1.一种分阶段控制压力的加压感应冶炼高氮不锈钢的方法，其特征在于
所述方法包括以下步骤：
(1)配料与压力参数确定：依据高氮不锈钢钢种的目标成分，通过下述
公式①计算出加压感应炉内的冶炼压力P1，通过公式②计算出加压感应炉内
的浇铸压力P2，根据公式③计算出冶炼原料中氮的实际加入重量百分比
(wt％)1，结合冶炼原料的成分确定所需冶炼原料...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜周华，朱红春，李花兵，冯浩，张树才，刘国海，刘福斌，李阳，任翠东，王琦，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21