一种真空感应炉与加压电渣炉冶炼高氮模具钢的方法技术

本发明专利技术公开一种真空感应炉与加压电渣炉冶炼高氮模具钢的方法，填补高氮模具钢冶炼工艺的空白。技术方案是采取“真空感应炉+加压电渣炉”的冶炼方法，生产氮含量为0.20％～0.40％的模具钢；真空感应炉和加压电渣炉冶炼过程中分别加入(FeCr)N和Si3N4两种氮化合金料，以达到氮的技术要求目标。本发明专利技术具有下列优点：

【技术实现步骤摘要】
一种真空感应炉与加压电渣炉冶炼高氮模具钢的方法


[0001]本专利技术属于钢铁冶金
，具体涉及一种真空感应炉与加压电渣炉冶炼高氮模具钢的方法。

技术介绍

[0002]高氮模具钢是一类特殊的合金钢，属于马氏体不锈钢。在成分中添加氮元素，能够起到减轻模具钢的元素偏析、提高耐蚀性能、提高抛光性能、改善切削性能等作用；氮可以增加合金钢的屈服强度，每增加0.001％氮，可增加约6MPa的强度，并且与工艺条件无关。采用新的合金配比还可以节约钢中合金元素含量，是生产高端模具钢的有效途径。虽然氮在钢中的有益作用已经得到证实，但是由于氮在马氏体不锈钢中的溶解度很小(1600℃时仅为0.045wt％)，因此，采用何种方法来得到马氏体不锈钢中高的氮含量是国内外研究的一个重点方向。工业化生产时，模具钢常规的冶炼方法为电炉+炉外精炼(或+电渣重熔)。在常压下，电炉冶炼模具钢时采用吹氮或添加氮化合金料来增加氮元素的含量，然而钢液中最大溶解的氮不超过0.20％，如果继续吹氮或添加氮化合金料，氮元素会在钢液中形成气泡溢出，浇注钢锭的表面会形成气泡缺陷，影响质量，而且氮化合金料的添加会增加模具钢中的杂质，因此，为得到高纯净度高氮模具钢，必须采用特殊的冶炼方法。现今，冶炼过程中的氮合金化仍然是含氮钢的主要生产方法。不锈钢的冶炼采用高压熔炼试验方法、反压铸造法、加压电渣重熔、电渣加热高压渗氮、高压下等离子熔炼、粉末冶金等方法。由于受到设备和工艺的限制，目前国内外高氮(氮含量0.20％以上)模具钢并没有形成大规模的工业化生产。

技术实现思路
<br/>[0003]本专利技术公开一种真空感应炉与加压电渣炉冶炼高氮模具钢的方法，即氮含量为0.20％～0.40％的高氮模具钢冶炼方法，以填补高氮模具钢冶炼工艺的空白。
[0004]为实现上述目的，技术方案是采取“真空感应炉+加压电渣炉”的冶炼方法，生产氮含量为0.20％～0.40％的模具钢；真空感应炉和加压电渣炉冶炼过程中分别加入(FeCr)N和Si3N4两种氮化合金料，以达到氮的技术要求目标。
[0005]具体工艺步骤：
[0006]1.真空感应炉工艺：
[0007]①
真空感应炉浇注电极棒中的氮含量目标为0.08％～0.10％。
[0008]②
真空感应炉使用6t坩埚，冶炼分为五个阶段：准备阶段、真空熔化阶段、真空精炼阶段、充惰性气体阶段和浇注电极棒。
[0009]③
准备阶段采用精钢材、纯金属料和合金料搭配装料，炉中不加入硅铁或少量加入，主要是因为后期加压电渣重熔过程中加入的氮化合金料中含硅元素。
[0010]④
在熔化和精炼阶段炉内抽真空不大于5Pa，过程中每隔10min搅拌一次，在精炼阶段后期添加脱氧剂，使钢液中的氧含量小于10
×
10
‑6。
[0011]⑤
合金成分调整合格后破真空，炉内充入氩气，充氩压力在18000Pa～25000Pa，在此阶段后期向炉中加入(FeCr)N，同时调入脱氧剂，待全熔后即翻炉浇注电极棒。
[0012]2.加压电渣炉工艺：
[0013]①
加压电渣炉重熔电渣锭
⑺
中氮含量目标为0.20％～0.40％。
[0014]②
加压电渣炉使用Φ610mm结晶器
⑶
，冶炼分为五个阶段：准备阶段、造渣阶段、正常熔炼阶段、充填阶段和脱锭。
[0015]③
采用Φ400mm电极棒
⑷
重熔，电极棒
⑷
表面进行车光处理，去掉电极表面的氧化皮和达到0.65的充填比，并切取本钢种底垫。
[0016]④
准备阶段在底垫上铺5kg～10kg的(FeCr)N，加压电渣炉上方的渣料存储罐
⑻
中加入120kg～150kg的预熔渣，渣系为CAC433(CaF2：Al2O3：CaO＝40％：30％：30％)，并在渣中加入5kg～10kg的Si3N4；在加压电渣炉上方的合金加料器
⑵
中加入50kg～80kg的Si3N4，用于熔炼过程中加入。
[0017]⑤
准备好后开始给电起弧，进入造渣阶段，此阶段持续1h，造渣阶段大电流使渣料熔化为液态渣料
⑸
，同时电极棒
⑷
开始熔化，电极棒
⑷
的熔化速率为450kg/h～550kg/h；造渣开始10min～15min后由炉内氮气进口
⑼
充入氮气，压力开始提升，并在造渣结束前炉内压力达到设定的8.0bar～12.0bar；与此同时，加压电渣炉上方的合金加料器
⑵
开始向炉内加入Si3N4，加入速率为熔速的1.45％～1.55％。
[0018]⑥
正常熔炼阶段，保持电流和电压平稳，保持炉内压力为8.0bar～12.0bar并与冷却水压力平衡；保持熔化速率450kg/h～550kg/h稳定，每分钟向炉中加入一次Si3N4，并保持加入速率为1.45％～1.55％稳定；冷却水温差不高于8℃；保持熔炼阶段的各项参数稳定可使Si3N4在金属熔池
⑹
中均匀熔化，成品材的氮元素由内到外均匀分布。
[0019]⑦
在电极棒
⑷
重量剩余200kg～250kg时开始进入充填阶段，此阶段持续40min～60min，保持炉内压力8.0bar～12.0bar稳定，熔化速率由450kg/h～550kg/h开始阶梯式降低，此时解除熔化速率与Si3N4加入速率的对应关系，保持Si3N4加入速率为1.45％～1.55％，以保证电渣锭
⑺
充填端的氮元素达到目标。
[0020]⑧
熔化结束后停电，冷却1h后脱锭，钢锭罩冷后温送退火。
[0021]3.化学成分检验
[0022]①
对钢锭的充填端
⑽
和底垫端(22)取样分析横截面上不同位置
⑾
、
⑿
、
⒀
和
⒆
、
⒇
、(21)的化学成分。
[0023]②
从充填端
⑽
到底垫端(22)的钢锭表面
⒁
、
⒂
、
⒃
、
⒄
、
⒅
5个点取样分析化学成分。
[0024]对本专利技术点的说明：
[0025]本专利技术首次提出采用真空感应炉+加压电渣炉的方法冶炼0.20％～0.40％的高氮模具钢。国内外马氏体不锈钢中添加氮元素的研究和实践较多，而且大部分是在实验室下采用加压感应炉熔炼、加压电渣炉吹氮、加压感应炉+加压电渣炉联合或二次加压电渣等方法。本专利技术所设计的冶炼方法已经过工业化生产实践验证，不同的是钢中增氮需经两个冶炼过程：第一，在真空感应炉冶炼时需要控制低氧、低硅，添加(FeCr)N使氮达到0.08％～0.10％，真空感应炉冶炼电极棒即要保证脱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空感应炉与加压电渣炉冶炼高氮模具钢的方法，其特征在于，所述方法的具体工艺步骤：
⑴
真空感应炉工艺：
①
真空感应炉浇注电极棒中的氮含量目标为0.08％～0.10％。
②
真空感应炉使用6t坩埚，冶炼分为五个阶段：准备阶段、真空熔化阶段、真空精炼阶段、充惰性气体阶段和浇注电极棒。
③
准备阶段采用精钢材、纯金属料和合金料搭配装料，炉中不加入硅铁或少量加入，主要是因为后期加压电渣重熔过程中加入的氮化合金料中含硅元素。
④
在熔化和精炼阶段炉内抽真空不大于5Pa，过程中每隔10min搅拌一次，在精炼阶段后期添加脱氧剂，使钢液中的氧含量小于10
×
10
‑6。
⑤
合金成分调整合格后破真空，炉内充入氩气，充氩压力在18000Pa～25000Pa，在此阶段后期向炉中加入(FeCr)N，同时调入脱氧剂，待全熔后即翻炉浇注电极棒。
⑵
加压电渣炉工艺：
①
加压电渣炉重熔电渣锭
⑺
中氮含量目标为0.20％～0.40％。
②
加压电渣炉使用Φ610mm结晶器
⑶
，冶炼分为五个阶段：准备阶段、造渣阶段、正常熔炼阶段、充填阶段和脱锭。
③
采用Φ400mm电极棒
⑷
重熔，电极棒
⑷
表面进行车光处理，去掉电极表面的氧化皮和达到0.65的充填比，并切取本钢种底垫。
④
准备阶段在底垫上铺5kg～10kg的(FeCr)N，加压电渣炉上方的渣料存储罐
⑻
中加入120kg～150kg的预熔渣，渣系为CAC433(CaF2：Al2O3：CaO＝40％：30％：30％)，并在渣中加入5kg～10kg的Si3N4；在加压电渣炉上方的合金加料器
⑵
中加入50kg～80kg的Si3N4，用于熔炼过程中加入。
⑤
准备好后开始给电起弧，进入造渣阶段，此阶段持续1h，造渣阶段大电流使渣料熔化为液态渣料...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明，牟风，马野，燕云，冯淑玲，汝亚彬，孙秀华，孙立国，王琳，康爱军，刘宝石，王海江，冯涛，谭凯，龙晓东，高强，马兵刚，谷强，
申请(专利权)人：抚顺特殊钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：