[发明专利]一种加压电渣重熔气相渗氮制备高氮奥氏体不锈钢的渣系

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于冶炼高氮钢的渣系，特别涉及一种用于加压电渣重熔过程中利用气相渗氮冶炼高氮奥氏体不锈钢的渣系。

背景技术

氮是强烈的奥氏体稳定化元素，可以促使不锈钢形成奥氏体组织。在镍当量计算中，氮当量是镍的30倍，因而可以用廉价的氮来替换贵重金属镍，甚至全部取代镍，以获得奥氏体不锈钢。一般情况下，将钢中氮含量在0.4％以上的奥氏体不锈钢称作高氮奥氏体不锈钢。在高氮奥氏体不锈钢中，氮作为钢中的间隙元素，通过与其它合金元素(Mn、Cr、Mo、V、Nb和Ti等)的协同作用，能改善钢的强度、韧性、蠕变抗力、耐磨性、耐腐蚀性等多种性能，因此高氮奥氏体不锈钢被认为是近年来最有研究和开发价值的新材料。

目前，冶炼高氮奥氏体不锈钢的方式主要分为添加氮化合金法和复合电极法。其中，添加氮化合金法(如氮化铬铁、氮化锰、氮化硅等)虽方式简单、操作方便，但存在生产成本高、易被氮化合金中杂质污染、采用Si₃N₄容易使Si超标、氮含量均匀性差以及氮含量难以控制等诸多难题；复合电极法具有电渣重熔过程平稳、表面质量好等优点，但复合电极制备复杂，焊接复合电极易使电渣锭增氧。与上述两种方法相比，气相渗氮法具有成本低、可避免产品被氮化合金污染等优点，因而是目前高氮奥氏体不锈钢的重点开发技术。

加压电渣重熔是目前商业生产高氮奥氏体不锈钢的主要方法。在加压电渣重熔过程中，渣系具有举足轻重的作用，直接影响气相渗氮的效果。氮容是表征渣系容纳氮的能力，高氮容的渣系有利于气相渗氮。而目前广泛应用的传统电渣重熔渣系(如70％CaF₂+30％Al₂O₃、60％CaF₂+20％CaO+20％Al₂O₃和40％CaF₂+30％CaO+30％Al₂O₃)的氮容均较低，在加压电渣重熔高氮奥氏体不锈钢的过程中，气相中的氮不易通过熔渣进入到钢中，因而难以获得高氮奥氏体不锈钢。

发明内容

针对传统渣系存在的问题，本发明提供一种加压电渣重熔气相渗氮冶炼高氮奥氏体不锈钢的渣系，通过调整渣系的成分，提高渣系的氮容和氮渗透性，从而保证在加压电渣重熔高氮奥氏体不锈钢的过程中气相渗氮的高效性，减少氮化合金的加入量，在保证高氮奥氏体不锈钢成分与性能的前提下，降低生产成本。

本发明的一种用于加压电渣重熔冶炼高氮奥氏体不锈钢的渣系的化学成分质量百分比为：CaF₂：57～62％，CaO：16～20％，Al₂O₃：12～16％，MgO：3～6％，SiO₂：0.5～1.5％，其余为杂质，杂质含量不超过0.8％；其中，CaO/Al₂O₃为1.00～1.67。

上述的一种加压电渣重熔气相渗氮冶炼高氮奥氏体不锈钢的渣系的熔化温度为1250～1325℃。

上述的一种加压电渣重熔气相渗氮冶炼高氮奥氏体不锈钢的渣系在1500℃的黏度为0.028～0.035Pa·s。

上述的一种加压电渣重熔气相渗氮冶炼高氮奥氏体不锈钢的渣系在1500℃的电阻率为0.316～0.408Ω·cm。

上述的一种加压电渣重熔气相渗氮冶炼高氮奥氏体不锈钢的渣系在1500℃的氮容为(0.906～1.309)×10^-13。

本发明完成的一种加压电渣重熔气相渗氮冶炼高氮奥氏体不锈钢的渣系的制备方法是：采用高纯萤石、石灰、工业氧化铝、电熔镁砂和硅石为原料，依照上述成分配比称取原料后，混合均匀；在1550℃～1580℃下预熔并搅拌至少30分钟，然后将熔渣倒于钢槽内冷却凝固至室温；最后破碎至粒度为0～10mm，从而制备出加压电渣重熔高氮奥氏体不锈钢用渣系。