[发明专利]一种用高合金熔体制备高强度不锈钢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用高合金熔体制备高强度不锈钢的方法，是一种常压冶炼高氮不锈钢的方法，属于钢铁冶炼领域。

背景技术

高氮不锈钢（以下称高氮钢）以其节镍、耐蚀、高强度、高塑性等优异性能受到瞩目，作为高强韧同时耐蚀不锈的新型钢种可在更宽阔更复杂的领域获得广泛应用。

高氮钢主要化学元素组成为铁（Fe）、铬（Cr）、锰（Mn）、氮（N）及少量钼（Mo）、铜（Cu）、硅（Si）、铌（Nb）、钒（V）、钛（Ti）等，其中氮元素的含量应≥0.6wt%。在高氮钢冶炼时氮较难加入并易从熔体中逸出形成氮气，因此一般采用高压力下冶炼，限制了产量。200810050792.8专利申请提出了常压下将高氮铬铁加入Fe-Mn熔体冶炼高氮钢的方法，201210458675.1专利申请也提出了常压下将氮化锰加入Fe-Cr熔体冶炼高氮钢的方法，使高氮钢常压下生产成为可能。但向Fe-Mn熔体加入高氮铬铁仍然有大量的氮逸出，需要快节奏操作，成锭后氮含量不稳定，需要较长时间固溶处理以消除氮化物和铁素体；而向Fe-Cr熔体加入氮化锰过程会有大量锰被氧化使大量氮逸出，也难以得到氮含量较高的高氮钢。

试验研究表明，向Fe-Cr-Mn熔体加入固态高氮合金过程出现氮大量逸出的主要原因是：氮含量较高的含氮铬铁在Fe-Cr-Mn熔体中快速熔化致使大量氮在固液界面快速被释放，却又不能及时被Fe-Cr-Mn熔体吸收，导致大量氮逸出为氮气，使Fe-Cr-Mn熔体不能获得理想的高氮含量，从而得不到理想氮含量的高氮钢，而且未溶解的高氮铬铁在浇注凝固时还会因固液面溶氮能力不足而产生的大量氮气泡不能在熔体凝固前及时逸出，滞留于钢坯中形成气泡缺陷。

采用液态兑入是减少高氮钢熔体氮逸出的方法之一， 200810300678.6专利申请提出将熔炼的钢水加入到含氮合金液中制备高氮钢，可以使高氮钢的最高氮含量达到0.95wt%，但仅提供了N≥0.47%的护环钢及氮含量在0.15～0.4wt%含氮钢的实施例。一般来说高氮钢的氮含量（0.6～1.2wt%范围内）越高，其性能就越优越，如随着护环钢的氮含量提高将显著提高其各项性能指标并提高在电力发电设备中的应用级别，因此尽量提高高氮钢的氮含量是必要的。而实验表明，简单地将低碳钢水兑入含氮合金液中仍然会造成大量氮逸出而难以获得氮含量较高的高氮钢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用高合金熔体制备高强度不锈钢的方法，是一种常压下将基础钢水兑入高氮合金熔体制备高氮钢的方法，可显著减少氮逸出，得到氮含量较高且稳定的高氮钢熔体，从而获得气泡少、氮含量高的高氮钢坯。

本发明的技术方案是这样实现的：一种用高合金熔体制备高强度不锈钢的方法，其特征在于：先分别制备高氮合金熔体和Fe-Cr-Mn熔体后，再将Fe-Cr-Mn熔体限流兑入高氮合金熔体中，控温并搅拌均匀后出炉浇注，其中具体步骤如下：

1）制备Fe-Cr-Mn熔体：选用或精炼碳含量较低的工业纯铁，将其熔化后加入金属锰和微碳铬铁，使Mn含量占熔体的5～40wt%，Cr含量占熔体的0～20wt%，保持熔体碳含量≤0.08wt%，保持熔体温度在1500℃～1700℃范围内；

2）制备高氮合金熔体，其高氮合金组成为高氮铬铁和氮化铬铁及氮化锰的混合物，混合比例为任意，控制氮含量为2～10wt%；将高氮合金快速熔化为熔体后，加入0～30wt%金属锰和0～30wt%微碳铬铁，将熔体保持在能够维持熔体状态的较低温度，保持在1450℃～1600℃范围内；

3）制备高氮钢熔体：将Fe-Cr-Mn熔体温度调整至1550℃～1650℃，以单流束或多流束缓慢兑入高氮合金熔体中，每单流束流量≤600kg/min，搅拌熔体使其混合均匀，混合搅拌过程温度控制在1450℃～1600℃范围内，混合搅拌时间为0～15min；

4）混合搅拌后将高氮钢熔体温度快速调至1550℃～1650℃后出炉浇注；

上述冶炼过程的脱S、脱P、脱O及造渣、除渣方法为常规炼钢操作方法。

所述熔化及保温炉为中频感应炉或LF炉（钢包精炼炉）。

所述搅拌熔体方式可通过中频感应炉运行过程中产生的电感搅拌方式。

所述高氮合金的材料为高氮铬铁，其氮含量为5～12wt%。

所述高氮合金的材料为氮化铬铁，其氮含量为3～5wt%。

所述高氮合金的材料为高氮铬铁和氮化铬铁及氮化锰的混合物，其氮化锰所占比例≤50wt%。