[发明专利]一种过饱和高氮不锈钢加压电渣重熔工艺

说明书

本发明属于金属冶金技术领域，具体公开了一种过饱和高氮不锈钢加压电渣重熔工艺，包括前期准备、抽真并加压空、一次电渣重熔、缓冷精整、二次电渣重熔、成品精整及检查验收标注步骤。本发明通过将加压电渣重熔压力控制在10‑20bar且压力设定值大于理论值，并使用氮气作为惰性气体进行充压，确保氮含量达到目标范围；通过优化氮化合金的添加方式以及采用二次压力电渣重熔、且控制二次重熔压力不小于一次重熔，减少氮元素的偏析，确保钢锭的组织均匀性；通过优化热封顶过程控制模式和工艺参数，提高材料致密度。本发明制得的不锈钢产品性能达到国际先进水平，能填补国内过饱和高氮马氏体不锈钢工业化生产的空白。

技术领域

本发明属于金属冶金技术领域，具体涉及一种过饱和高氮不锈钢加压电渣重熔工艺。

背景技术

过饱和高氮不锈钢是氮含量超过0.3%的钢种，其性能优异，在机械制造、航空航天、化学化工、生物技术等领域已经得到广泛应用，如30Cr15MoN钢，是一种高氮马氏体冷处理钢，其具有杰出的韧性（在洛氏硬度56-57时冲击韧性可达150j/cm²，是1.4125奥氏体不锈钢的3倍）、高耐腐蚀性（是1.4125奥氏体不锈钢的3倍）、高耐退火性（可达50℃），硬度可达60洛氏硬度，被用于航天和航空领域的主轴轴承和球轴承以及普通机器制造领域。由于我国对于过饱和高氮不锈钢的研究起步比较晚，再加上其他国家的技术保密，对于过饱和高氮不锈钢的需求一直依赖进口，耗资巨大。

电渣冶炼是利用电流通过液态熔渣产生电阻热用以精炼金属的一种特种熔炼方法，目前，电渣冶炼有两种常见的方法：一种是在普通条件下，通过自耗电极、结晶器铸造实现的电渣重熔，另外一种是在真空条件下，通过自耗电极、结晶器铸造实现的电渣重熔。这两种方法都无法达到高氮钢的氮含量需求，过饱和高氮不锈钢中氮含量比在大气压力下所能达到的要高得多，所以可以在加压条件下熔炼凝固，目前针对高氮钢的生产，国内也在加压电渣重熔工艺方面作了一定的研究，但是效果并不理想，主要存在以下问题：①氮含量变化大，无法每次达到目标范围；②制得的电渣锭组织均匀性差，氮元素偏析很大；③电渣锭上端存在较长的疏松段，材料致密性差。因此，目前国内通过加压电渣重熔生产出的过饱和高氮不锈钢质量远达不到国际先进水平，无法实际应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种过饱和高氮不锈钢加压电渣重熔工艺，能够确保氮含量达到目标范围，也能解决材料组织均匀性和致密度差的问题，提高成品质量。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种过饱和高氮不锈钢加压电渣重熔工艺，包括以下步骤：

S1. 前期准备：对电极棒表面的氧化铁皮进行彻底清除，其方法可以是车削、打磨、抛丸任意一种（高氮钢的电极棒氮含量很低，如适用于本工艺的30Cr15MoN钢，其电极棒N含量仅在0.04%wt左右，通过本发明工艺可将N含量提高0.35~0.44%wt）；焊接制作自耗电极以及引锭板，在引锭板上铺放渣料；装配结晶器；

S2. 抽真空并加压：在熔炼送电前，对结晶器的压力仓进行抽真空，压力达到10mbar以下，再充入0.5~1.5bar保护气氛；

S3. 一次电渣重熔：通电后进行加压电渣重熔，控制氮气分压在10~20bar，且压力设定值要大于理论值，并在熔池中添加氮化合金；加压电渣重熔包括启动、熔炼、热封顶三个过程，其中热封顶过程采用功率控制、摆动控制和熔速控制三种控制模式，通过阶梯式降功率的同时阶段控制摆动值和熔速补缩，且热封顶时间＞70min；

S4. 缓冷精整；

S5. 二次电渣重熔：不添加氮化合金，再次进行加压电渣重熔，控制氮气分压在10~20bar，加压电渣重熔过程控制同步骤S3；

S6. 成品精整及检查验收标注。

优选的，二次电渣重熔的氮气压力不小于一次电渣重熔的氮气压力。