[发明专利]一种低成本高氮钢的冶炼方法

说明书

本发明公开了一种低成本高氮钢的冶炼方法，包括转炉冶炼—LF精炼—RH脱气—方坯连铸工艺，其中在转炉冶炼过程中，底吹不执行氮氩切换，并按上限碳含量出钢，增加过程增氮，氩站处理时底吹氮气；RH脱气处理时全程用氮气代替氩气进行钢液循环驱动，设置氮气驱动流量为80‑120Nm³/h，压力为1.5MPa，氮气纯度≥99.8%，真空处理过程执行轻处理模式，控制真空度为5‑10KPa，继续根据钢液成分持续调整并强化氮的固定，处理结束钢液氮含量可达0.012‑0.02%；浇注时采用保护浇注，保持成分和氮含量稳定；本发明通过全流程工艺控制方法和RH处理过程中的特殊操作方法，实现低成本、稳定生产优质高氮钢的目标。

技术领域

本发明涉及钢铁材料技术领域，特别是一种低成本高氮钢的冶炼方法。

背景技术

随着高质量钢材的开发，氮越来越多的被作为一种有益元素使用。在高氮钢中，由于引入了元素氮而赋予该钢种许多优异的性能，如强度高、韧性好、蠕变抗力大、耐腐蚀性好等。钢中氮含量取决于冶炼方法，一般转炉钢中残存氮含量为0.0040%-0.0060%，电炉钢中残存氮含量为0.0070%-0.0100%，无法满足要求，因此，高氮钢的工艺关键是要保证加入钢中氮的收得率。目前，氮的加入方式主要有以下几种：（1）吹氮气：钢中吹氮气是最简单的一种增氮方法，但该方法氮的收得率只有20%-30%，且不稳定，从而引起性能发生很大的波动。（2）喂线法。将含氮合金制成包芯线通过喂丝机喂入钢水中，该方法氮的收得率较为稳定，但喂线设备复杂，投资大，工序时间长。（3）加入富氮合金，通常是在出钢过程或者氩站加入，该方法简单实用，氮的收得率稳定，通常在含钒钢中使用，但使用该方法加入钒氮合金后，钢液不能再经过真空处理，否则氮的回收率将大大降低。

通过真空处理可提高钢液的洁净度，改善钢的综合性能指标，被越来越多的钢种所采用，目前真空处理均采用低压力（压力＜100Pa）进行脱气及去除夹杂物。在低压力条件下，在真空处理工序前或过程中通过上述几种方法加入钢中的氮极易脱除。在真空处理后通过喂线法虽然可提高钢中的氮含量，但喂线设备复杂，投资大，工序时间长。

在本发明提出之前， 有不少高氮钢的冶炼方法，但冶炼成本普遍较高。

有如中国专利“一种高氮钢的冶炼方法”专利申请号CN200410022051.0，该方法包括以下步骤：转炉；加热；真空处理并加入含氮合金；浇铸，其特征在于：在所述真空处理工程中，压力控制在80*102Pa以上，在真空处理的中后期加入含氮合金；加入含氮合金后循环5min以上。该冶炼方法经过真空处理，含氮合金氮的回收率虽有提高，但是含氮合金价格昂贵，成本较高。

有如中国专利“高氮钢的冶炼方法”专利申请号CN200410017028.2，该冶炼方法的特征在于：应用氨作氮源对液态铁进行渗氮合金化方法来冶炼高氮钢，在通入氨气的感应熔炼室内进行，具体如下：第一步，加料按熔炼炼钢钢种的要求配制冶炼物料，物料由加料口加入至感应熔炼炉内；第二步，抽去空气，启动外部抽气系统，对感应熔炼室进行抽空，熔炼时真空度控制在6.0×10^-6atm～7.0×10^-7atm；第三步，调整感应熔炼室上的氨气和氮气通入口的大小，使室内的氨气和氮气或氨氮混合气体总压力在0.1～2atm；第四步，进行感应熔炼：使炉料熔化为钢液，调节感应熔炼室上的氨气通入口的大小控制氨的通入量来控制氨分解率，依靠钢液与氨气之间的界面反应进行渗氮，使钢水达到所需要的含氮量；第五步，含氮量的控制：根据材料分析后的输出模拟量和应控制含氮量的输入模拟量的比较计算出差值，控制驱动氮气和氨气阀门的开启，调节通入熔炼室内的压力和流量达到设定的值；第六步，浇注和凝固：钢水熔炼达要求后，驱动电机使感应熔炼坩埚倾斜，向锭模进行浇注，待钢锭完全凝固；第七步，移出锭模：铸锭冷却后自感应熔炼室取出。该方法条件控制苛刻，目前主要是在实验室研究阶段，尚未进行工业化应用，实际上，该方法提供的苛刻的工艺条件在工业大生产中也难以实现，可以说不具有实用性。