[发明专利]一种提高和稳定控制不锈钢中氮含量的方法

说明书

本发明公开了一种提高和稳定控制不锈钢中氮含量的方法，工艺步骤为：EAF→AOD→精炼→连铸，所述AOD炉冶炼过程为：一次氧化→一次还原→扒渣→二次氧化→二次还原→出钢，AOD炉采用吹氧、氮、氩混合气体进行钢水熔炼；所述精炼阶段采取底吹氮、氩混合气体搅拌，N₂/Ar体积比控制在1/2～1/5；所述连铸阶段采取全程保护浇铸，保护气体采用氮、氩混合气体，N₂/Ar体积比控制在1/2～2/1。本发明可有效地提高不锈钢中的氮含量，大大降低不锈钢增氮成本，适合于大型不锈钢企业的大规模生产，解决了现有工艺中增氮和控氮困难的问题。

技术领域

本发明涉及一种提高和稳定控制不锈钢中氮含量的方法，具体地说是涉及一种在不锈钢冶炼过程中增加钢中氮含量并通过钢中合金元素含量和冶炼工艺的合理控制，达到稳定控制最终产品中氮含量的方法，属于不锈钢冶炼技术领域。

背景技术

近些年来，氮在不锈钢的研究、发展和生产领域越来越受到重视。氮作为强烈的奥氏体形成元素，在奥氏体不锈钢、双相不锈钢等钢种中作为有益元素加入，可以显著提高不锈钢的力学性能、耐蚀性能、焊接性能以及平衡相比例等。同时在部分钢种中可以利用氮的作用，代替钢中镍元素，达到节镍的目的。国外不锈钢生产企业利用氮在不锈钢中的有益作用，大量开发了具有良好性能的含氮不锈钢或节镍型不锈钢，如日本JIS标准中列入的SUS304N1(0Cr19Ni9N)和SUS304N2(0Cr19Ni10NbN)、瑞典的阿维斯塔公司最早开发生产的SAF2205(00Cr22Ni5Mo3N)双相不锈钢等。我国大型、先进的不锈钢企业也先后开发了众多的含氮不锈钢品种，如太钢在国内首次成功开发了Cr-Ni奥氏体、Cr-Mn(Ni)-N节镍奥氏体、双相含氮系列不锈钢钢种等。

随着不锈钢冶炼工艺技术的不断发展和进步，目前氮合金化的冶炼方法主要有等离子炉合金化、真空感应炉合金化、增压电渣重熔法、底吹氮气合金化和粉末冶金合金化等方法。这些方法都可将钢中的氮含量增加到0.4％以上，有的甚至能达到1％以上，如增压电渣重熔法。但无论哪种增氮方法，都或多或少的存在成本高、设备复杂、含氮合金贵、不适合大规模生产等问题。而且在钢中增氮后，尤其是高氮钢存在较难稳定控制钢中的氮含量的问题。含氮不锈钢性能优越的前提条件是钢中氮以固溶形式存在，而氮的高固溶使钢在热力学上处于不稳定状态，在高温、低压以及真空下使用或重熔时，氮易过饱和溢出造成材料组织及性能的改变从而影响其应用范围。另外，含氮不锈钢在焊接时产生的热影响区容易造成氮的溢出流失、氮化物析出以及硬脆相的形成，这会导致在焊缝内产生气孔、裂纹等缺陷，极大地弱化了焊接区材料的性能。因此，经济有效的增加不锈钢中的氮含量且稳定控制其含量，防止氮的溢出流失是含氮不锈钢生产控制的难题和关键。为了避免和防止氮的溢出流失，研究人员在不锈钢的焊接方面研究较多。有研究者在含氮钢焊接时采用Ar+N保护方式，通过提高氮分压防止氮溢出；在自熔焊时，利用填充材料吸氮从而获得无气孔和高氮含量的焊缝。文献“Comparison of welding behavior of SUS316L steel by gastungsten and gas metal arc processes in high pressure nitrogenatmosphere.Materials Science Forum,1999,318-320:609-614”在高氮气压下，对SUS316L采用GMAW(GasMetal Arc Welding)焊接，焊后焊缝未发现气孔，氮含量达0.65％。然而当氮含量超过1％时，氮气的溢出会非常剧烈，很难控制。

整体而言，含氮不锈钢在增氮工艺和增氮后的稳定控制以及加工(焊接和重熔)和使用(高温、低压及真空环境中)过程中防止氮溢出等方面的研究还有待进一步的提高。

发明内容