[发明专利]一种真空感应正压炉冶炼高氮钢的方法

摘要

一种真空感应正压炉冶炼高氮钢的方法，属于高氮钢冶炼技术领域。步骤包括：配制冶炼物料，清理坩埚，装入需熔炼钢种要求的冶炼原料；对真空感应炉熔炼室进行抽空，真空度小于15Pa时开始送电加热炉料，功率40Kw，逐步增大，出现熔池后，控制功率，避免喷溅；炉料化清，调低功率，进入精炼，脱O、N、H等；开启制氮机，充入氮气，调节炉内压力至所需的压力值，提高氮的饱和溶解度；加入提高分压的冶炼原料及增氮合金，提高合金收得率；加入最终脱氧剂，控制钢液温度，带电浇注。适用于要求氮含量大于一定数值或控制范围的钢种冶炼，能达到成分控制准确，氮收得率高且稳定。优点在于，使氮的收得率达到99％以上，尤其是冶炼高达2％的高氮钢成为现实，并适用于大批量冶炼含氮量0.4％-1.4％的特殊钢及医疗器械用钢，成分精确、成本较低。

主权项

一种真空感应正压炉冶炼高氮钢的方法，应用制氮机产生的氮气源对液态钢进行渗氮合金化和固体含氮物料合金化来冶炼高氮钢，在可通入氮气的感应熔炼室内进行；其特征在于，工艺步骤如下：a、依据目标钢种的元素成分，通过下述的公式(1)及公式(2)计算出目标钢种在常压下的极限氮含量值，该极限氮含量值乘以修正值得到冶炼配制炉料中氮含量的实际加入重量百分比，修正值的范围为：0.7～0.9；公式(1)：$\lg [\%N]=\frac{1}{2}\lg (p_{N_2}/p^0)-188/T-1.17-\lg f_N^{\mathrm{Me}}$式中为氮气分压，p⁰为标准大气压；公式(2)：$\begin{array}{c}\lg f_N^{\mathrm{Me}}=\{-164\mathrm{\ω}[\mathrm{Cr}]+8.33\mathrm{\ω}[\mathrm{Ni}]-33.2\mathrm{\ω}[\mathrm{Mo}]-134\mathrm{\ω}[\mathrm{Mn}]+1.68\mathrm{\ω}{\left[\mathrm{Cr}\right]}^2-1.83\mathrm{\ω}{\left[\mathrm{Ni}\right]}^2-2.78\mathrm{\ω}{\left[\mathrm{Mo}\right]}^2+8.82\mathrm{\ω}{\left[\mathrm{Mn}\right]}^2\\ +\left(1.6\mathrm{\ω}\right[\mathrm{Ni}]+1.2\mathrm{\ω}[\mathrm{Mo}]+2.16\mathrm{\ω}[\mathrm{Mn}\left]\right)\mathrm{\ω}\left[\mathrm{Cr}\right]+(-0.26\mathrm{\ω}[\mathrm{Mo}]+0.09\mathrm{\ω}[\mathrm{Mn}\left]\right)\mathrm{\ω}\left[\mathrm{Ni}\right]\}/T+\{0.0415\mathrm{\ω}\left[\mathrm{Cr}\right]+\\ 0.0019\mathrm{\ω}\left[\mathrm{Ni}\right]+0.0064\mathrm{\ω}\left[\mathrm{Mo}\right]+0.035\mathrm{\ω}\left[\mathrm{Mn}\right]-0.0006\mathrm{\ω}{\left[\mathrm{Cr}\right]}^2+0.001\mathrm{\ω}{\left[\mathrm{Ni}\right]}^2-0.0013\mathrm{\ω}{\left[\mathrm{Mo}\right]}^2-0.0056\mathrm{\ω}{\left[\mathrm{Mn}\right]}^2\\ +(-0.009\mathrm{\ω}[\mathrm{Ni}]-0.0005\mathrm{\ω}[\mathrm{Mo}]-0.0005\mathrm{\ω}[\mathrm{Mn}\left]\mathrm{\ω}\right)\left[\mathrm{Cr}\right]+\left(0.0003\mathrm{\ω}\right[\mathrm{Mo}]+0.0007\mathrm{\ω}[\mathrm{Mn}\left]\right)\mathrm{\ω}\left[\mathrm{Ni}\right]\}+0.13\mathrm{\ω}[C]\\ +0.06\mathrm{\ω}\left[\mathrm{Si}\right]+0.046\mathrm{\ω}\left[P\right]+0.007\mathrm{\ω}\left[S\right]+0.01\mathrm{\ω}\left[\mathrm{Al}\right]-0.9\mathrm{\ω}\left[\mathrm{Ti}\right]-0.1\mathrm{\ω}\left[V\right]-0.003\mathrm{\ω}\left[W\right]-0.12\mathrm{\ω}\left[O\right]\end{array}$式中为钢液中氮的活度系数；ω[m]为合金元素m的质量分数％；b、按钢种所含元素的要求配制冶炼物料，清理坩埚，装入配制完成的冶炼物料；c、对加压感应炉熔炼室进行抽真空，真空度小于15Pa时开始送电以加热冶炼物料，起始功率为40KW，逐步增大功率，出现熔池后，维持并控制功率，避免喷溅；d、炉料化清后调低功率到10‑15Kw，进入精炼，精炼30‑40分钟，真空度≤5Pa，脱离包含以下的元素O、N、H；e、气体氮合金化：开启制氮机，充入氮气，调节炉内充氮压力至4atm‑10atm，提高氮在钢液中的饱和溶解度；f、合金化：由加料口分步加入提高气体分压的冶炼原料Al、Cr、Si及按照步骤a中氮含量的实际加入重量百分比计算得到的氮化铬铁、氮化锰，以提高合金收得率；g、加入脱氧剂，控制钢液温度比熔点高100～150℃，带电浇入锭模中，降温；h、放气,待炉内气压与大气压平衡后，打开炉盖取出锭模，冷却后脱模取出高氮钢。