[发明专利]一种熔炼高强度不锈钢的碳、氮合金化的方法

说明书

本发明公开了一种熔炼高强度不锈钢的碳、氮合金化的方法，选用氮化铁合金作为加氮中间合金，碳化合金和高碳合金钢作为加碳中间合金，所有原材料粒度或口径为20～60mm；在常压下使用中频感应炉熔炼，按比例均匀分散装料、加料，控制加料速度和熔炼温度，本发明熔炼工艺减少了锰、碳等烧损与氧化，减少了氮的溢出。工业化熔炼浇铸出高氮不锈钢钢坯，奥氏体不锈钢氮含量可超过1wt％，马氏体不锈钢氮含量可达0.4wt％，碳氮强化耐热钢碳氮总含量可达1.1wt％。

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，具体涉及一种熔炼高强度不锈钢的碳、氮合金化的方法。

背景技术

利用氮合金化熔炼不锈钢能以氮代镍,不但降低原材料成本，还能开发出高强度、高塑性、高耐腐蚀综合性能显著提升的新钢种。技术和市场价值重大。熔炼高浓度氮合金化不锈钢(以下简称高氮钢)面临的问题之一是氮难以加入、难以达到高浓度，熔体中溢出氮气，甚至导致钢液喷溅。

采用加压熔炼，设备及工艺复杂，熔炼成本高。通过吹氮气或氨气合金化常压熔炼难以达到高浓度且控制复杂；利用吹气再加入氮化铁合金增加氮含量合金化工艺，同样面临控制不便、氮气溢出的问题。

ZL200810050792.8专利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。CN 103146875 B提出了常压下将氮化锰加入Fe-Cr熔体冶炼高氮钢的方法。CN103436768 B专利提出了分别制备高氮合金熔体和Fe-Cr-Mn熔体，再将Fe-Cr-Mn熔体缓慢兑入高氮合金熔体的方法。CN 103451508 B专利提出了分别制备高氮合金熔体和Fe-Cr-Mn熔体后再将高氮合金熔体限流兑入Fe-Cr-Mn熔体的方法。CN 103451509 B专利提出了先熔炼高氮合金熔体再向高氮合金熔体中添加基础钢材的方法。201910439322.9专利申请提出了在炉底装入金属锰、铬铁、氮化铬铁直接熔炼Fe-Cr-Mn高氮熔体从而制备高氮钢的方法。这些工艺方案使高氮钢常压下熔炼成为可能。

然而，向Fe-Mn熔体加入高氮铬铁仍然有大量的氮逸出，控制困难，氮含量不稳定，钢锭杂质较多，成分不均匀，后续扩散固溶处理与热成型加工比较复杂。向Fe-Cr熔体加入氮化锰过程中大量锰被氧化，导致氮逸出，难以获得高浓度氮合金化高氮钢。分别熔炼高氮合金熔体和Fe-Cr-Mn熔体缓慢兑入，钢液兑入操作不便，难以控制，钢液氧化导致氮的溢出；熔炼高氮合金熔体，直接加入基础钢材，基础钢材熔化过程中，熔体氮浓度浓度差别大，也导致氮的溢出；集中将金属锰和氮化铬铁装入炉底，直接熔炼Fe-Cr-Mn高氮合金熔体，锰大量被氧化，也会导致大量氮气溢出。

试验研究表明，向Fe-Mn熔体、Fe-Cr熔体或Fe-Cr-Mn熔体加入固态氮化铬合金、氮化锰合金或基础钢材，熔炼过程中氮大量逸出，主要原因是：氮浓度比较高的氮化铁合金熔化，大量氮在固液界面快速被释放，熔体不能及时吸收，导致大量氮逸出为氮气，甚至导致钢液喷溅。另外，碳铁合金或增碳剂中碳在高温下氧化导致气体溢出，金属锰大量氧化，都会导致使熔体中氮的溢出。从而难以得到理想的高氮含量，熔炼过程难以控制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了克服现有技术不足，现提出一种熔炼高强度不锈钢的碳、氮合金化的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

(二)技术方案

本发明通过如下技术方案实现：本发明提出了一种熔炼高强度不锈钢的碳、氮合金化的方法，步骤如下，

步骤1：选用原材料并处理，使其粒度或口径为20～60mm；

步骤2：将原材料总重量的30～50％按比例装炉；

步骤3：加热熔炼，控制熔炼温度，温度范围为1450℃～1550℃，并按比例加入剩余原材料；

步骤4：待原材料完全熔化后，均匀搅拌5～20min，然后快速提高钢液温度至1550℃～1650℃后出炉浇注。