一种提高真空感应炉冶炼高氮钢氮命中率的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高真空感应炉冶炼高氮钢氮命中率的方法，其包括下述步骤：（1）真空熔化：按设计成分配料，装炉、熔化、精炼、合金化；（2）气相渗氮：充入氮气进行气相渗氮；渗氮所需氮分压由下式（Ⅰ）计算；（3）底吹控氮：充氮结束后开启底吹氮气，底吹氮气持续时间由下式（Ⅱ）计算。本方法在高氮分压下使用氮气底吹的复合气相增氮工艺，可控性高的同时降低了合金成本，还避免了氮化合金中的有害元素进入钢中；增氮上限更高，更加稳定、时间更短，应用范围更加广泛；本方法在高压氮气氛围下合金元素不易挥发、氧化、收得率稳定；由于真空炉的优势，冶炼出来的钢锭洁净度高，夹杂物含量低，均匀性好。匀性好。

【技术实现步骤摘要】
一种提高真空感应炉冶炼高氮钢氮命中率的方法


[0001]本专利技术涉及一种真空感应炉炼钢方法，尤其是一种提高真空感应炉冶炼高氮钢氮命中率的方法。

技术介绍

[0002]高氮钢中的氮元素通过与其他元素(Mn、Cr、Nb、Ti等)交互作用，赋予了高氮钢许多优异的性能：如强度高、塑性和韧性好、蠕变抗力大、耐腐蚀、无磁性等特性，这些特性决定了高氮钢应用空间非常广阔，特别是军工行业、海洋装备行业、石油化工领域等。
[0003]由于氮在钢中溶解度很小，因此高氮钢冶炼的关键问题在于提高钢中氮的溶解度，并保证氮在钢中的均匀分布。
[0004]公开号CN101372721A，公开了一种高真空感应炉冶炼含氮钢增氮方法，其采用的是在氮气保护气氛下，使用氮化合金进行的增氮方法。该方法冶炼高氮钢时氮化合金加入量过高使得合金成本较高，均匀性得不到保障，且氮化合金还会带入杂质，无法实现高纯度的高氮钢的冶炼。
[0005]公开号CN105779688A，公开了一种真空感应炉冶炼含氮钢精确控制氮含量的方法，其使用的在氮气气氛下的气相渗氮方法。该方法因为只通过表面渗氮，只适用于冶炼氮含量0.005～0.05％的钢种，无法满足更高氮含量钢种的增氮需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种增氮效果好的提高真空感应炉冶炼高氮钢氮命中率的方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术包括下述步骤：
[0008](1)真空熔化：按设计成分配料，装炉、熔化、精炼、合金化；/>[0009](2)气相渗氮：充入氮气进行气相渗氮；渗氮所需氮分压由下式(Ⅰ)计算：
[0010][0011]式(Ⅰ)中：
[0012]为渗氮所需氮分压，atm；
[0013][N]、[C]、[Si]、[Ni]、[Mn]、[Cr]、[Nb]分别为钢中各元素在钢中的目标含量，％；
[0014]T为钢液温度，K；
[0015](3)底吹控氮：充氮结束后开启底吹氮气，底吹氮气持续时间由下式(Ⅱ)计算：
[0016][0017]式(Ⅱ)中：
[0018]t为底吹氮气时间，min；
[0019][N]S
为目标氮含量，％；
[0020][N]O
为初始氮含量，％。
[0021]进一步的，所述步骤(2)，调整钢液温度至1590～1610℃后充入氮气进行气相渗氮。
[0022]进一步的，所述步骤(3)，控制底吹氮气压力0.2～0.3MPa。
[0023]进一步的，所述高氮钢中N含量0.1～0.5wt％。
[0024]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术在高氮分压下使用氮气底吹的复合气相增氮工艺，与传统氮化合金增氮相比可控性高的同时降低了合金成本，还避免了氮化合金中的有害元素进入钢中；与传统气相渗氮工艺仅靠钢液表面进行渗氮相比，增氮上限更高，更加稳定、时间更短，应用范围更加广泛；本专利技术在高压氮气氛围下合金元素不易挥发、氧化、收得率稳定；由于真空炉的优势，冶炼出来的钢锭洁净度高，夹杂物含量低，均匀性好。本专利技术经过大量的实践检验，工艺再现性好，铸锭质量稳定性高。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0026]本提高真空感应炉冶炼高氮钢氮命中率的方法所适用高氮钢中N含量0.1～0.5wt％，最好为下述高氮钢成分(质量分数)为：C 0.05～0.15％、Si 0.2～0.4％、Mn 0.5～3.5％、Cr 15～30％、Nb 0.2～0.8％、Ni 5～20％、Cu 0～3％、N 0.1～0.5％、P≤0.004％、S≤0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质；本方法采用下述步骤：
[0027](1)冶炼准备：对纯铁、金属铬、镍板、铌条、铜板和电解锰进行烘烤干燥；
[0028](2)装炉：按设计成分配料，将干燥的纯铁、金属铬、镍板、铌条装入坩埚内，要注意合理装料，下紧上松，防止架桥；将铜板和电解锰、碳粉、工业硅装入分料仓内；
[0029](3)真空加热：抽真空至≤5Pa后开始加热，加热至坩埚内钢铁料熔清；
[0030](4)精炼：坩埚内钢铁料熔清后，升温至坩埚内部合金液相线以上30～60℃，然后打开底吹氮气开始精炼；
[0031](5)合金化：精炼结束后，关闭抽真空系统，充入纯度≥99.99vol％的氮气并开始合金化；
[0032](6)气相渗氮：合金化后，调整钢液温度至1590～1610℃，继续充入氮气进行气相渗氮，直至不再渗氮；渗氮所需氮分压由下式(Ⅰ)计算而得：
[0033][0034]式(Ⅰ)中：
[0035]为渗氮所需氮分压，atm；
[0036][N]、[C]、[Si]、[Ni]、[Mn]、[Cr]、[Nb]分别为钢中N、C、Si、Ni、Mn、Cr、Nb分别在钢中的目标含量，wt％；
[0037]T为钢液温度，K；
[0038](7)底吹控氮：充氮结束后开启底吹氮气，控制底吹氮气压力0.2～0.3MPa，底吹氮
气持续时间由下式(Ⅱ)计算而得：
[0039][0040]式(Ⅱ)中：
[0041]t为底吹氮气时间，min；
[0042][N]S
为目标氮含量，wt％；
[0043][N]O
为初始氮含量，即气相渗氮后、底吹控氮前的氮含量，wt％；
[0044](8)带电浇钢：底吹控氮结束后，调整钢液温度至液相线温度以上40～50℃，带电浇钢；
[0045](9)待钢锭温度降至室温下开始脱模并取样检测分析。采用本方法所得高氮钢N含量的检测值与目标值误差≤5％。
[0046]实施例1：本提高真空感应炉冶炼高氮钢氮命中率的方法具体如下所述。
[0047]采用50kg真空感应炉，额定功率100kW，极限真空度为6.67
×
10
‑2Pa。对纯铁、金属铬、镍板、铌条、铜板和电解锰进行烘烤干燥；将干燥的纯铁、金属铬、镍板、铌条装入坩埚内，要注意合理装料，将铜板和电解锰、碳粉、工业硅装入分料仓内；抽真空至≤5Pa后开始加热，加热至坩埚内钢铁料熔清；合金液相线1367℃，埚内钢铁料熔清后升温至1407～1417℃后打开底吹氮气开始精炼；精炼结束后，关闭抽真空系统，充入纯度为99.99％的氮气并开始合金化；根据公式(Ⅰ)计算出渗氮所需氮分压：
[0048][0049]调整钢液温度至1600℃，继续充入氮气至所需氮分压进行气相渗氮；初始氮含量为0.08％，根据公式(Ⅱ)计算渗氮时间t＝1.2286e
9.9778(0.31％
‑
0.08％)
＝12min，充氮结束后开启底吹氮气，控制压力0.2～0.3MPa，持续目标时间；控氮结束后调整钢液温度为1407～1412℃，带电浇钢；待钢锭温度降至室温下开始脱模并取样检测分析；本实施例的目标成分和检测值见表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高真空感应炉冶炼高氮钢氮命中率的方法，其特征在于，其包括下述步骤：(1)真空熔化：按设计成分配料，装炉、熔化、精炼、合金化；(2)气相渗氮：充入氮气进行气相渗氮；渗氮所需氮分压由下式(Ⅰ)计算：式(Ⅰ)中：为渗氮所需氮分压，atm；[N]、[C]、[Si]、[Ni]、[Mn]、[Cr]、[Nb]分别为钢中各元素在钢中的目标含量，％；T为钢液温度，K；(3)底吹控氮：充氮结束后开启底吹氮气，底吹氮气持续时间由下式(Ⅱ)计算：t＝1.2286e
9.9778(
[N]
S
‑
[N]0)(Ⅱ)式(Ⅱ)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐于斌，郭瑞华，王育飞，李瑞杰，王博祥，齐紫阳，王傲，赵培义，
申请(专利权)人：河钢集团有限公司河钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：