[发明专利]一种高氮钢的脱氧方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，特别提供一种高氮钢脱氧方法。

背景技术

由于高氮钢具有优异的机械性能和抗腐蚀性能，与之相关的研究在过去的几十年中不断地发展。氮一直被当作是有害元素，直到20世纪的最后十年，美国的pickering才认为氮是特别重要的元素。氮是空气中大量存在的元素，来源广泛价格低廉，将氮加入钢中能部分取代镍的用量从而节约了资源。然而，迄今为止高氮钢发展证明，大规模生产高氮钢时，氮的使用所节约的原料成本不足以抵消其冶炼过程中带来的附加能耗。高氮钢冶炼过程中的高能耗是限制高氮钢大量生产应用的因素之一，因此，高氮钢的应用领域也局限在对钢材性能要求较高的特殊领域。夹杂物等级是影响高氮钢产品性能的重要因素之一，与高氮钢冶炼过程中的脱氧工艺密切相关。

目前高氮钢的冶炼主要手段是加压电渣重熔法。随着钢中非金属夹杂物的纯净钢技术的发展，电渣重熔法已经失去了10年前的重要地位，昂贵的重熔电极及熔化这些电极时的高能耗使得电渣重熔工艺过程成本过高，限制了其发展。真空感应炉由于能够实现电磁搅拌，因而具有较强的脱除非金属夹杂物的能力。然而，目前很少有文献报道真空感应炉冶炼高氮钢的脱氧工艺。根据已有的文献结果来看，高氮钢全氧量还有进一步降低的空间，脱氧结果的稳定性有待进一步加强。

发明内容

为了解决高氮钢脱氧过程中存在的问题，本发明提供了一种高氮钢的脱氧方法，该方法能够稳定高效的降低高氮钢中的全氧量和夹杂物等级，并且不引入新的影响钢性能的有害元素。

本发明具体提供了一种高氮钢的脱氧方法，所述高氮钢其成分配比为重量百分比：Cr：20%～21%、Ni：6%～7%、Mn：8%～10%、Fe余量；

其特征在于：首先，将纯铁、铬、镍以及锰加入中频真空感应炉中熔化并搅拌均匀，在充入氮气保护后加入氮化合金增氮，熔化并搅拌均匀，然后加入铝进行脱氧并持续冶炼15～25分钟，冶炼温度为1500～1600℃，最后将钢液静置2～4分钟后带电浇入锭模；其中，铝的加入量为占钢水总质量的0.2%～0.23%。

本发明所述高氮钢的脱氧方法，其特征在于：所述中频真空感应炉中采用的坩埚其成分配比为重量百分比：MgO：97.5%～99%、SiO₂：0.5%～0.7%、其它：0.3%～2%。

本发明所述高氮钢的脱氧方法，其特征在于：将纯铁、铬、镍以及锰加入中频真空感应炉中熔化并搅拌均匀时，温度控制在1500～1600℃，真空度控制在10Pa以下；在加入氮化合金增氮时，温度控制在1500～1600℃。

本发明所述高氮钢的脱氧方法，其特征在于：在加入氮化合金之前向感应炉内充入氮气至压力增加至0.06MPa～0.08MPa。

本发明所述高氮钢的脱氧方法，其特征在于：加入的氮化合金为氮化铬、氮化锰之一种或两种。

本发明所述高氮钢的脱氧方法，其特征在于：具体步骤如下：

(1)在真空感应炉中熔炼钢水：将纯铁、铬、镍和锰加入中频真空感应炉中预热、熔化并搅拌均匀；坩埚成分为重量百分比MgO：97.5%～99%、SiOx：0.5%～0.7%、其它：0.3%～2%；熔炼时真空度控制在10Pa以下，熔炼的温度控制在1500℃～1600℃；

(2)钢液增氮：钢液增氮的方式为氮化合金增氮，熔化并搅拌均匀，温度控制在1500℃～1600℃；氮化合金可以为氮化铬、氮化锰之一种或两种；在加入氮化合金之前向感应炉内充入氮气至压力增加至0.06MPa～0.08MPa；

(3) 用铝作为脱氧剂进行脱氧：当氮化合金熔化并均匀化之后，一次性加入占钢水总质量0.2%～0.23%的铝锭进行脱氧；加入铝锭后进行15～25分钟的持续保温冶炼，温度控制在1500℃～1600℃；

(4)出钢浇注：停止供电，钢液静置2～4分钟，达到浇注温度后带电出钢浇注锭模。

发明原理：

①、铝脱氧的热力学计算

铝脱氧反应可以用如下的方程式来表示：

2[Al]+3[O]=Al₂O₃    (1)

ΔG^Θ=-1218799+394.13T    (2)

由于则铝脱氧的平衡常数可以表示为：