[发明专利]一种高氮奥氏体不锈钢的电渣重熔补缩工艺

说明书

本发明公开了一种高氮奥氏体不锈钢的电渣重熔补缩工艺，所述补缩工艺根据补缩总时间分为2个阶段，第一阶段电流以恒速率Asubgt;1/subgt;降低；第二阶段电流以恒速率Asubgt;2/subgt;降低，且Asubgt;2/subgt;＜Asubgt;1/subgt;，直至电流降低至1000A后关闭电源，冷却水保持开启状态，直至电渣锭完全凝固冷却；调整电流的同时，氮气流量及氩气流量与电流同步调整。本发明以固定的速率稳定而缓慢的降低电流，避免了渣池和熔池的波动，从而保障了高氮钢电渣锭头部质量，消除高氮奥氏体不锈钢电渣锭头部渣沟，减少缩孔深度。通过同步调整氮气流量和氩气流量，保障了电渣锭头部成分稳定性，避免氧含量与氮含量的异常变化。

技术领域

本发明涉及一种电渣重熔技术，尤其是一种高氮奥氏体不锈钢的电渣重熔补缩工艺。

背景技术

高氮钢打破了材料界中“氮为有害元素”的传统看法，材料中氮含量超过一定范围，还会在一定程度上优化材料性能。在奥氏体不锈钢中，氮元素的大量加入，可以通过固溶强化的方式提高材料的强度而韧性却不明显降低，同时，氮元素强化材料的耐点蚀性能的能力是铬元素的15-30倍。因为该元素比较常见，低廉，因此它的优点一经发现，便吸引了学者们的兴趣，经过近半个世纪的研究，科学家们已经开发出高氮奥氏体不锈钢、高氮马氏体不锈钢、高氮双相钢等材料。随着高氮钢研究的深入，它的应用领域也逐渐扩大，现已在核能、海洋、化工等各种领域看到它的身影。

当前，高氮钢冶炼方面的研究已经非常深入，工业上可以通入氮气或加入氮化合金的方式冶炼高氮钢，在电渣重熔精炼方面，也有学者进行了大量的试验，他们的研究主要集中稳定期的成分控制。而对于电渣锭的头部质量，却鲜有学者关注。高氮奥氏体不锈钢电渣锭的头部，因为补缩工艺的不适宜，使得缩孔、夹渣、渣沟、成分不均的现象无法杜绝，因此使用前只能大量切除电渣锭头部，降低成材率，造成材料及能源的浪费，生产成本增加。经统计，单根400kg电渣锭因头部质量缺陷而切掉的重量约为20-30kg，降低电渣锭成材率5%-7.5%。

申请号201910666451.1的发明专利公开了一种保护气氛电渣重熔高氮钢的方法，该专利结合高氮钢中影响氮吸收几种影响因素进行分析，总结出电渣过程中氮气随热量、结晶器直径等参数调整方法。但该方法的限制熔速范围为4.5-5kg/min，在该熔速下可以电渣锭可以得到稳定的氮元素。当熔速超出此范围，则电渣过程中氮元素的吸收便不受此规律控制，在电渣锭补缩阶段，熔速低于稳定阶段，呈逐渐降低趋势，因此使用该发明，则无法保障电渣锭头部的铸锭质量及成分稳定性。申请号为01136734.2的发明专利公开了一种电渣重熔补缩新工艺，该补缩工艺加入石墨电极，操作复杂，且容易增碳。申请号为201510002875.X的发明专利涉及一种均匀分布热源的大型钢锭电渣热封顶装置及方法，该发明通过添加石墨电极的装置，在熔炼后期加入石墨电极对熔池补温，使整个熔池温度趋于均匀，但因其在最后冷却阶段无自耗电极进行补缩，非常容易出现缩孔，且最后过程中补加热源，使得冷却过程延长，电渣锭组织容易异常长大，使得电渣锭头部组织与基体不均匀。同时，石墨电极的加入，增加了增碳的危险，对于低碳及超低碳不锈钢的生产，这是绝不允许的。同样，申请号为202010752468.1的发明专利公开了一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法，2根自耗电极熔炼过程中进行搅动，促进温度均匀，通过加入石墨电极在电渣熔炼末期进行补温，也容易使电渣锭头部增碳，破坏电渣锭成分均匀性，同时自耗电极的搅动使得渣界面不稳定，容易与空气接触，增加了吸氧、吸氢的可能性。申请号为201610471784.5的发明专利涉及一种加压电渣重熔气相渗氮冶炼高氮奥氏体不锈钢的方法，其通过1-3MPa的氮气气氛，电渣高氮钢，在熔炼后期，熔速的降低，使得氮吸收增加，造成成分波动。申请号为201610485604.9“一种加压感应和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法”的专利，以及申请号为201611148257.7“一种加压感应与保护气氛电渣重熔双联制备高氮钢的方法”的专利，这2项专利均在生产高氮钢电渣锭中补缩过程采用逐渐降低电流的方式进行补缩填充，每次降低电流控制在500A～1000A。然而，该方法并未提及电流控制频率、间隔时间，且单次电流调整过大，容易导致热量突变，进而影响电渣锭质量。申请号为200510024668.0的发明专利公开了一种电渣重熔精炼补缩自动控制工艺，该补缩工艺控制复杂，可操作性较差，对于含氮不锈钢原料成本很高，不能依靠多次试验摸索电渣控制。申请号为201810968696.5的专利公开了一种电渣重熔生产工艺，该发明在电渣补缩过程中的某一时间内突然增加电压，提高温度，进而改善冒端质量。但在实际生产中，异常改变热量输入，容易导致渣沟及表面凹凸的现象，恶化电渣锭质量，严重时出现夹渣的情况，因此该方法不可控。申请号为201710262674.2“一种电渣重熔快速自动补缩工艺”的发明专利，总结其生产的GCr15及镍基合金4169的经验，制定补缩功率随重熔期功率与补缩时间的变化的控制方法，减少缩孔，但该发明没有考虑气氛的影响，无法生产需要气体保护的材料。