[发明专利]一种加压电渣重熔气相渗氮制备高氮马氏体不锈钢的渣系

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马氏体不锈钢的渣系。

背景技术

高氮马氏体不锈钢是指氮含量大于0.08％的马氏体不锈钢。氮在马氏体不锈钢中以间隙原子形式存在，它与其它元素形成氮化物分布于晶界上，提高硬化能力，防止高温回火时奥氏体、铁素体晶粒的长大，因而对马氏体不锈钢的强度有很大的影响。随着间隙氮原子含量的增加，马氏体不锈钢的强度随之提高。与此同时，氮元素的加入对提高马氏体不锈钢的耐蚀性有一定的作用。由于具有优异的综合性能，高氮马氏体不锈钢可应用于滚动轴承、刀具以及发动机等领域。

高氮马氏体不锈钢的传统冶炼方法主要有添加氮化合金法和复合电极法，但其生产成本均较高，硅含量容易超标，且氮的均匀性较差。随着科学技术水平的不断发展，利用加压电渣重熔技术通过气相渗氮的方式冶炼高氮马氏体不锈钢逐渐成为工业化生产高氮马氏体不锈钢的重要手段，特别适合于大规模冶炼氮含量高于0.1％的高氮马氏体不锈钢。气相渗氮法利用气相中的氮实现合金化，可降低氮化合金的加入量，从而显著降低生产成本。

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。加压电渣重熔的渣系组成显著影响其氮容，在加压电渣重熔过程中对气相渗氮的效果具有重要作用。由于氮在体心立方的马氏体不锈钢中溶解度很低，因而在加压电渣重熔气相渗氮冶炼高氮马氏体不锈钢的过程中，必须使用高氮容的渣系。然而，目前现有的加压电渣重熔渣系的氮容均较低，严重影响了加压电渣重熔高氮马氏体不锈钢的渗氮效果。因此，亟需开发一种能够有效提升渗氮效率的加压电渣重熔高氮马氏体不锈钢的高氮容渣系。

发明内容

本发明提供了一种加压电渣重熔气相渗氮冶炼高氮马氏体不锈钢的渣系，通过优化渣系中CaO/Al₂O₃的比值以及CaF₂、MgO和SiO₂等关键组元的含量，提高渣系氮容，增强氮在熔渣中的渗透效果，从而促进了加压电渣重熔高氮马氏体不锈钢过程中气相渗氮的进行。

本发明的一种加压电渣重熔气相渗氮冶炼高氮马氏体不锈钢的渣系的化学成分质量百分比为：CaF₂：63～68％，CaO：19～23％，Al₂O₃：10～15％，MgO：1～3％，SiO₂：0.5～1.0％，余量为不可避免杂质，杂质含量不大于1％；其中CaO/Al₂O₃为1.27～2.30。

上述的一种加压电渣重熔气相渗氮冶炼高氮马氏体不锈钢的渣系的熔化温度为1230～1320℃。

上述的一种加压电渣重熔气相渗氮冶炼高氮马氏体不锈钢的渣系在1500℃的黏度为0.021～0.029Pa·s。

上述的一种加压电渣重熔气相渗氮冶炼高氮马氏体不锈钢的渣系在1500℃的电阻率为0.244～0.298Ω·cm。

上述的一种加压电渣重熔气相渗氮冶炼高氮马氏体不锈钢的渣系在1500℃的氮容C_N为(0.994～1.402)×10^-13。

本发明的一种加压电渣重熔气相渗氮冶炼高氮马氏体不锈钢的渣系的制备方法如下。

(1)配料

采用高纯萤石、石灰、工业氧化铝、电熔镁砂和硅石为原料，按以下重量百分比配制：CaF₂：63～68％，CaO：19～23％，Al₂O₃：10～15％，MgO：1～3％，SiO₂：0.5～1.0％，其余为杂质，杂质含量不超过1％；其中，CaO/Al₂O₃为1.27～2.30。

(2)预熔

将原料均匀混合，在三相化渣炉中预熔并搅拌30分钟以上，化渣温度控制在1550～1580℃，将熔渣倒于钢槽内冷却凝固至室温。

(3)破碎

将凝固渣多级破碎至粒度为0～10mm，从而制备出高氮马氏体不锈钢加压电渣重熔用渣系。

本发明的一种加压电渣重熔气相渗氮冶炼高氮马氏体不锈钢的渣系的使用方法如下。

(1)将前面所述的高氮马氏体不锈钢加压电渣重熔用渣系在600～800℃条件下烘烤5～7h。