[发明专利]一种高合金、高钒钢的降氮方法

说明书

本发明涉及一种高合金、高钒钢的降氮方法，属于电炉炼钢技术领域。所述方法为：在EAF电弧炉冶炼工序，采用炉内吹氩形成钢液的保护气氛和密封措施，根据钢液耗氧量判断是否吹碳以及采用造渣料分两部分加入的方式；在LF精炼工序，在炉盖侧面安装吹氩管道向炉内吹入氩气，保持炉内正压和保护气氛，同时在炉内进行低氮高碱度精炼渣和合金料的预熔，在精炼结束后进行还原渣扒渣操作；在VD真空处理工序，采用分段底吹氩搅拌钢液方式；在连铸保护浇铸工序，采用连铸保护浇铸和保证结晶器黑液面操作。本发明能明显降低高合金、高钒钢中的氮含量，能有效保证最终得到的产品中的氮含量不大于20ppm、抗弯强度高达1620~1840MPa。

技术领域

本发明属于电炉炼钢技术领域，尤其涉及一种高合金、高钒钢的降氮方法。

背景技术

高合金、高钒钢中的合金元素总量超过10%，其中钒元素含量可超过5%。钢中合金元素的添加虽在一定程度上提升了钢材的性能，但是部分合金元素（如V、Cr、Nb、Mn等）的大量添加会增加钢液中氮元素的溶解度。而钢中氮元素的存在极大影响了钢材的性能，会降低钢的韧性、焊接性能和热应力区韧性，并在一定程度上增加钢的脆性，降低钢的力学性能。同时，在连铸过程中氮元素的存在还会造成连铸坯开裂。因此，有效控制高合金、高钒钢中氮含量就成为越来越多业内学者关注的热点课题之一。目前，高合金、高钒钢的冶炼方式多是以电弧炉冶炼（EAF）-LF炉精炼-VD炉真空处理-连铸（CC）工艺流程为主，其中钢中氮元素的来源一般分为三种情况：1）原材料带入；2）裸露钢液表面从大气中吸收氮气；3）电弧炉和LF炉电弧区电离空气中氮气增氮。所以降低高合金、高钒钢中氮含量的主要研究方向是从钢中氮元素来源和冶炼过程钢液脱氮两个方面入手。

在电炉炼钢的各个工序中，钢液增氮主要发生在废钢熔化、出钢和LF精炼环节。钢液脱氮一般是通过电弧炉冶炼过程中的碳氧反应和真空处理（VD或者RH）脱气实现。现有的电弧炉冶炼过程，钢液在废钢熔化阶段没有渣层的保护以及炉内处于开弧冶炼状态，会造成钢液大量吸氮，而冶炼后期钢液碳含量较低，导致脱氮效果和泡沫渣覆盖钢液表面效果不理想，终点钢液氮含量一般为50ppm~80ppm。出钢后加铝深脱氧，钢液中碳高氧低，吸氮现象严重，增氮20ppm~30ppm。现有的LF精炼过程，由于造渣料中氮被带入钢液和吹氩强度太大导致钢液面裸露吸氮，此外，精炼过程中炉内处于负压状态造成吸气，加剧了钢液吸氮，增氮15ppm~20ppm。电炉工艺冶炼高合金、高钒钢周期相对较长，在冶炼过程中容易发生吸氮现象，同时高合金、高钒钢因其成分特点，相较于其他普通钢种冶炼过程吸氮现象更加严重。因此，在电炉工艺下有效控制高合金、高钒钢中的氮含量是十分重要的。

中国专利申请CN108251598A公开了一种中碳高合金钢的增碳控氮生产方法，其所公开方法是通过铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼和连铸生产工序，可以得到N≤40ppm的高合金钢成品，但其在转炉冶炼过程中并没有采取钢液保护措施，在出钢过程进行合金化，导致增氮严重；且在后续工序也未采取有效的钢液脱氮措施，最终制得的高合金钢产品的氮含量有待进一步降低。中国专利申请CN106834610A公开了一种高强微合金钢多段组合控氮方法，其所公开的方法利用多段组合控制合金钢中的氮含量，其在冶炼过程中采取了氩气气氛保护和造泡沫渣操作，从而达到保护钢液的目的，但在出钢后进行钢包吹氩脱氧，此过程钢液完全裸露在空气中，发生较大程度吸氮，该专利申请在全流程的控氮措施和对钢中氧、硫等有害元素的控制仍有不足。

电炉炼钢工艺生产中钢液增氮现象是难以避免的，但是随着社会对高端钢材需求的增加，对钢中氮含量的要求也是越来越严格，部分高合金、高钒钢钢种的氮含量甚至要求达到20ppm以下。因此，非常有必要基于钢液脱氮机理，结合各工序的操作特点及高合金、高钒钢的成分特点，开发一种针对高合金、高钒钢冶炼过程氮元素高效脱除的方法。

发明内容