[发明专利]一种高氮钢的冶炼方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼技术领域特别涉及高氮钢的冶炼方法。

背景技术

高氮钢由于具有优良的机械性能和抗腐蚀能力等，越来越受到重视。按照冶金学上的规定基体为铁素体的钢其氮含量≥0.08％，基体为奥氏体的钢材氮含量≥0.4％为高氮钢。根据人们长期的研究证实钢中的氮含量取决于①合金元素的含量；②冶炼温度；③含氮气体及含氮合金的加入方式；④冶炼的方法；⑤冶炼的时间。在这几种影响因素中合金元素的含量、冶炼温度受钢种及其它条件的限制变化不大；人们能够改变的是氮及含氮合金的加入方式、冶炼的方法和冶炼的时间。人们从实践中认识到可以用加入钢中的氮的回收率来评价冶炼高氮钢的工艺是否合理。

冶炼方法对钢中氮含量的影响，根据人们长期研究和炼钢实践，当不实施专门的工艺措施，转炉钢中一般残存的氮量为0.0040％～0.0060％，电炉钢中残存的氮量为0.0080％～0.010％。为了得到高的氮含量及回收率，目前国内外的高氮钢冶炼方法有：开式感应炉法、真空电弧重熔法、等离子体电弧重熔法、真空氧化脱碳和电渣重熔法、电炉双联加电渣重熔法等，上述几种方法中为保证钢水的纯净度，真空处理均采用低压力(300Pa)进行脱气和去除夹杂物。然而低压条件却不利于冶炼出高氮钢；真空处理前或过程中采用上述几种方法加到钢中的氮都极易脱除，回收率几乎为零。另外还有采用加压电渣重熔法(PESR)的，虽然含氮量较上述几种工艺更高，但需要投入专用设备，生产成本明显提高。

中国专利申请号为200510030763.1的“用附加阴极辉光放电冶炼高氮钢的方法”公开的冶炼方法是通过在真空熔炼炉内的熔池液面上方设置阳极，在阳极和熔池液面之间设置一个带孔的附加阴极，用真空冶炼方法进行炉料的加热、熔化、精炼及调整合金元素含量；用其所发明的方法在实施例中纯铁冶炼后氮含量达到了2％以上，GCr15氮含量达到了0.5％，Cr-Mo结构钢氮含量达到了0.6％，该方法同样以真空方式冶炼、存在进入钢液中的氮极易脱除、实际生产难以实施等不足。专利申请号为200410022051.0的“一种高氮钢的冶炼方法”所公开的冶炼工艺，是在转炉钢中的真空处理中后期，加入含氮合金，但只得到氮含量为0.0085％的钢水。

在上述的冶炼工艺中含氮合金全部在还原期加入，冶炼时间很长，劳动强度很大，钢水

化学成分波动大。因在一台电弧炉中进行低碳低磷高锰钢水的冶炼，需进行炼钢的三个阶段时间长、工序复杂。将此钢水冶炼合格后进行升温，加含氮材料进行合金化及还原精炼，炉温高，时间长，操作复杂。高温钢水导致氮结合成为氮气大量析出，钢中氮含量必然很低，造成氮的回收率不高。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种能有效提高和保证合金中N含量的高氮钢的冶炼方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案，包括以下步骤：

(1)用电弧炉或感应炉熔炼钢水，出钢温度为1600～1660℃；

(2)同时采用另一台电弧炉或感应炉熔炼含氮合金，在合金熔化后的温度为1520～1570℃时，加入步骤(1)中的钢水，并搅拌均匀；

将上述(1)、(2)步骤中的钢水成分的总和与钢种的适配，并控制C、Si的含量，按重量百分比，C≤0.12，Si≤1.00；

(3)将熔炼的钢水加入到含氮合金液中，并在氮气保护下精炼，精炼的时间控制在20分钟之内，得到高氮钢。

作为本技术方案的另一种改进，在步骤(2)熔炼的合金中包括含有Mn、Cr的金属或合金。其中作为优选的方式，所述的Cr合金为氮化铬铁。

采用本发明的技术方案冶炼高氮钢，无需复杂的加压、重熔设备；也克服了使用氨分解产生氮气加氮造成的装置问题、冶炼时间长、难以满足实际需要、实际加氮效果差等问题。本发明消除了氮长时间处于高温钢液中极易逸出的不足；两台电弧炉同时冶炼热兑钢水，总的冶炼时间大大缩短，仅为现有技术冶炼高氮钢时间的一半，炉前操作简单，钢中化学成分稳定，炉与炉间钢的成分波动小，利于后续工序的加工。在氮气保护下精炼从热力学上保证了钢液中的氮难以逸出。

本发明采用两炉同时冶炼，将一台炉中冶炼合格的钢水直接兑入另一炉的合金液中，加快了合金均匀的动力学条件，减少了不利于高氮钢的环境因素。操作简单，工人劳动强度低，钢中化学成分稳定，氮含量高，回收率高，根据两炉的重量及成份不用化学分析结果就可直接出钢。

本发明的另一个显著的特点是大大地简化了炉前的操作，操作的可控性强，钢中的成分波动小，大大地减少了脱氧还原剂数量，降低了冶炼成本。

具体实施方式