一種生產高耐蝕高氮超級奧氏體不銹鋼的方法技術

本發明專利技術提出一種高氮鋼冶煉技術領域利用真空感應爐底吹氮氣生產高耐蝕高氮超級奧氏體不銹鋼的方法，其包括步驟：配料并計算冶煉壓力；裝料；抽真空至5Pa以內后通電升溫；熔清后通入氮氣至冶煉壓力，底吹氮氣合金化；依次加入氮化合金、脫氧劑和脫硫劑；充氮氣至0.08～0.095MPa，控制鋼液溫度1460～1530℃澆鑄。本發明專利技術的方法采用底吹氮氣并添加氮化合金的高效、低成本增氮方式，匹配合理的脫氧脫硫工藝、澆鑄壓力和過熱度，為開發氮含量較高且精確可控、低偏析、無氣孔、高純凈度、性能優異的高耐蝕高氮超級奧氏體不銹鋼提供技術保障。

Method for producing super high austenitic stainless steel with high corrosion resistance and nitrogen

The invention provides a method of high nitrogen steel smelting technology using vacuum induction furnace bottom blowing nitrogen production with high corrosion resistance and high nitrogen super austenitic stainless steel, which comprises the following steps: mixing and smelting pressure calculation; loading; vacuum to less than 5Pa after electrifying Ssonwin; melting after adding nitrogen to the pressure of bottom blowing nitrogen alloy smelting.; sequentially adding nitride alloy, Deoxidizer and desulfurizer; nitrogen to 0.08 ~ 0.095MPa, 1460 ~ 1530 to control the temperature of molten steel casting temperature. High efficiency and low cost, the method of the invention adopts the bottom blowing nitrogen and nitrogen nitride added alloy, reasonable matching deoxidization desulfurization process, casting pressure and superheat temperature, high nitrogen content and the development of accurate and controllable, low segregation, no pores, high purity, excellent performance and high corrosion resistance of high nitrogen austenitic stainless steel with super technical support.

【技術實現步驟摘要】
一種生產高耐蝕高氮超級奧氏體不銹鋼的方法
本專利技術涉及高氮鋼冶煉領域，特別涉及一種利用真空感應爐底吹氮氣生產高耐蝕高氮超級奧氏體不銹鋼的方法。
技術介紹
氮作為強間隙元素加入不銹鋼中，通過與其他合金元素（鉻、鉬等）的協同作用，不僅可以有效改善鋼的強度、韌性、蠕變能力和耐磨性，還顯著提高了鋼的耐腐蝕性能，在奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼等一系列鋼中得到了廣泛的應用。根據氮含量的不同，可將含氮奧氏體不銹鋼分為控氮型（氮含量0.05%～0.10%）、中氮型（氮含量0.10%～0.40%）和高氮型（氮含量在0.40%以上）。高耐蝕高氮超級奧氏體不銹鋼含有較高的鉻、鉬、鎳、氮，具有高強韌性，屈服強度約比普通奧氏體不銹鋼高50～100%；在高濃度氯離子介質、海水、低速沖刷等極端惡劣的服役環境中，具有優異的耐均勻腐蝕、點蝕等局部腐蝕和抗應力腐蝕能力。某些典型的品種可與耐蝕性極佳的C276等鎳基耐蝕合金以及鈦合金相媲美，且成本優勢顯著，被廣泛應用于石油化工、環保（煙氣脫硫、垃圾焚燒等）、海水淡化等極端苛刻服役環境。對于氮含量較高的高氮超級奧氏體不銹鋼而言，在其制備過程中氮合金化方式和氮的精確控制至關重要。鋼液增氮的常用方法主要有：向熔融鋼液加入氮化合金（如高純氮化鉻、氮化錳等），利用氮氣進行氮合金化或兩種方式相結合的方法。加入氮化合金增氮雖然方式簡單，操作方便，但由于氮含量較高，加入過程中反應劇烈，嚴重時發生“噴濺”現象，且鋼中氮含量不易控制。另外，氮化合金價格昂貴，單純依靠氮化合金增氮成本較高。因此，利用廉價的氮氣代替氮化錳或高純氮化鉻等進行氮合金化備受關注。但采用在冶煉容器中充氮氣進行鋼液表面滲氮的氮合金化方式，反應速率慢，增氮周期長，即使在鋼液存在對流運動的感應爐內冶煉，鋼液滲氮的速率也不是很快。而從冶煉設備底部透氣塞向鋼液中吹入氮氣進行氮合金化，彌散的氮氣泡能大大改善氮合金化的動力學條件，增加氣-液接觸面積，可促使鋼液快速增氮。因此，采用底吹氮氣進行氮合金化的方式為高氮不銹鋼的冶煉提供了一條低成本、高效的途徑。采用真空感應爐底吹氮氣合金化小規模生產高氮不銹鋼具有冶煉工藝簡單、高效且成本低廉的優勢，特別對于附加值高、需求批量小的高耐蝕高氮超級奧氏體不銹鋼而言，更具有較高的市場靈活度。但在高耐蝕高氮超級奧氏體不銹鋼生產過程中，氮合金化工藝的合理匹配，鋼液中氮含量的精確控制及澆鑄過程中過熱度和壓力的合理控制，合理的脫氧脫硫方式，均對于獲得氮含量較高且精確可控、低偏析、無氣孔、高純凈度、高性能的高氮超級奧氏體不銹鋼至關重要。
技術實現思路
基于現有技術中存在的問題，本專利技術的目的是提供一種利用真空感應爐底吹氮氣進行生產高耐蝕高氮超級奧氏體不銹鋼的方法，制造成本低，不銹鋼氮含量較高且精確可控、低偏析、無氣孔、高純凈度、性能優異。為達到本專利技術的目的，本專利技術的一種使用真空感應爐底吹氮氣生產高耐蝕高氮超級奧氏體不銹鋼的方法包括如下步驟：S1、裝料：將工業純鐵、金屬鉻、金屬鉬、金屬鎳、電解銅、金屬錳、工業硅放入感應爐的坩堝中，將高純氮化鉻、電解鋁、鎳鎂合金和稀土置于加料倉中；S2、爐料熔化：將感應爐內抽真空至5Pa以下，并通電升溫至感應爐內爐料全部熔化；S3、氮合金化：待真空感應爐內爐料熔清后，通入氮氣至冶煉壓力p，通過控制功率維持熔煉溫度1500～1560℃，從爐底部透氣塞向爐內通入氮氣進行底吹攪拌熔煉，底吹氮氣流量0.05～0.20Nm3/h，底吹時間15～25min；其中，冶煉壓力p按下列計算公式計算：M＝0.13[%N]+0.118[%C]+0.043[%Si]+0.011[%Ni]+3.5×10-5[%Ni]2-0.024[%Mn]+3.2×10-5[%Mn]2-0.01[%Mo]+7.9×10-5[%Mo]2-0.048[%Cr]+3.5×10-4[%Cr]2式中：p為冶煉壓力，pθ為標準大氣壓，T為冶煉溫度；冶煉原料中氮的實際加入重量百分比(wt%)N1按下式計算：(wt%)N1=（0.1～0.2）(wt%)N式中，(wt%)N1表示冶煉原料中氮的實際加入重量百分比，(wt%)N表示高耐蝕高氮超級奧氏體不銹鋼目標成分中氮的重量百分比；S4、脫氧脫硫：停止底吹氮氣后，向爐內加入高純氮化鉻進行進一步氮合金化，然后依次添加電解鋁、鎳鎂合金、稀土進行深脫氧和深脫硫處理；其中，高純氮化鉻中鉻重量百分比≥85%,氮重量百分比≥10%，電解鋁添加量為0.6～0.8kg/t，含鎂20%的鎳鎂合金添加量為0.8～1.2kg/t，稀土添加量為0.5～1kg/t；S5、澆鑄：向真空感應爐內充入氮氣至澆鑄壓力0.08～0.095MPa，控制鋼液溫度1460～1530℃進行澆鑄；澆鑄結束后，冷卻，破真空取出鑄錠。優選的，所述冶煉的目標奧氏體不銹鋼鋼種成分為：C：≤0.02%、Si：≤0.5%、Mn：2.0～4.0%、Cr：24.0～25.0%、Ni：21.0～23.0%、Mo：7.0～8.0%、Cu：0.3～0.6%、N：0.45～0.55%、S：≤0.005%、P：≤0.03%、Fe：余量。本專利技術與現有技術相比，其突出的優勢在于：（1）采用真空感應爐底吹氮氣合金化的方式，節約成本，大大改善氮合金化的動力學條件，促進鋼液快速增氮；（2）底吹氮氣結束后，通過添加氮化合金進一步增加鋼液氮含量，有利于獲得氮含量較高且精確的目標合金；（3）利用電解鋁、鎳鎂和稀土復合添加的方式進行深脫氧、深脫硫，有利于獲得低氧硫含量的高純凈度目標合金；（4）在澆注前充氮操作和采用低過熱度澆鑄均有利于獲得氮含量較高、低偏析、無氣孔的目標合金。附圖說明通過下面結合附圖的詳細描述，本專利技術前述的和其他的目的、特征和優點將變得顯而易見。其中：圖1所示為本專利技術的一種生產高耐蝕高氮超級奧氏體不銹鋼的方法的工藝流程圖。具體實施方式本專利技術的工藝原理是，首先利用氮溶解度模型計算冶煉壓力，然后在真空感應爐中采用底吹氮氣進行氣相合金化。由于單純依靠底吹氮氣的方式無法達到目標氮含量，因此底吹氮氣結束后，添加氮化合金進一步提高鋼液中的氮含量，同時優化脫氧脫硫工藝，并合理匹配澆鑄壓力和過熱度等工藝參數，從而獲得氮含量較高且精確可控、低偏析、無氣孔、高純凈度、性能優異的高耐蝕高氮超級奧氏體不銹鋼。下面結合附圖1的工藝步驟及具體實施例詳細說明本專利技術的具體實施方式，但本專利技術的具體實施方式不局限于下述的實施例。本專利技術所舉實施例中，冶煉設備為500kg真空感應爐，極限真空度為0.1Pa，電源功率為350kW，頻率為1000Hz，裝爐量380kg。冶煉鋼種為高耐蝕高氮超級奧氏體不銹鋼24.5Cr22Ni7.3Mo0.5N本專利技術所舉實施例中所用冶煉原料的主要成分見表1。表1冶煉原料主要成分/wt%冶煉壓力p的計算公式①：M＝0.13[%N]+0.118[%C]+0.043[%Si]+0.011[%Ni]+3.5×10-5[%Ni]2-0.024[%Mn]+3.2×10-5[%Mn]2-0.01[%Mo]+7.9×10-5[%Mo]2-0.048[%Cr]+3.5×10-4[%Cr]2式中：p為冶煉壓力，pθ為標準大氣壓，T為冶煉溫度。冶煉原料中氮的實際加入重量百分比(wt%)N1的計算公式②：(wt%)N1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種生產高耐蝕高氮超級奧氏體不銹鋼的方法，其包括如下步驟：S1、裝料：將工業純鐵、金屬鉻、金屬鉬、金屬鎳、電解銅、金屬錳、工業硅放入感應爐的坩堝中，將高純氮化鉻、電解鋁、鎳鎂合金和稀土置于加料倉中；S2、爐料熔化：將感應爐內抽真空至5Pa以下，并通電升溫至感應爐內爐料全部熔化；S3、氮合金化：待真空感應爐內爐料熔清后，通入氮氣至冶煉壓力p，通過控制功率維持熔煉溫度1500～1560℃，從爐底部透氣塞向爐內通入氮氣進行底吹攪拌熔煉，底吹氮氣流量0.05～0.20Nm

【技術特征摘要】
1.一種生產高耐蝕高氮超級奧氏體不銹鋼的方法，其包括如下步驟：S1、裝料：將工業純鐵、金屬鉻、金屬鉬、金屬鎳、電解銅、金屬錳、工業硅放入感應爐的坩堝中，將高純氮化鉻、電解鋁、鎳鎂合金和稀土置于加料倉中；S2、爐料熔化：將感應爐內抽真空至5Pa以下，并通電升溫至感應爐內爐料全部熔化；S3、氮合金化：待真空感應爐內爐料熔清后，通入氮氣至冶煉壓力p，通過控制功率維持熔煉溫度1500～1560℃，從爐底部透氣塞向爐內通入氮氣進行底吹攪拌熔煉，底吹氮氣流量0.05～0.20Nm3/h，底吹時間15～25min；其中，冶煉壓力p按下列計算公式計算：M＝0.13[％N]+0.118[％C]+0.043[％Si]+0.011[％Ni]+3.5×10-5[％Ni]2-0.024[％Mn]+3.2×10-5[％Mn]2-0.01[％Mo]+7.9×10-5[％Mo]2-0.048[％Cr]+3.5×10-4[％Cr]2式中：p為冶煉壓力，pθ為標準大氣壓，T為冶煉溫度；冶煉原料中氮的實際加入重量百分比(wt％)N1按下式計算：(w...

【專利技術屬性】
技術研發人員：姜周華，翟世先，張樹才，李花兵，翟海平，劉福斌，翟素萍，徐華，王慶，
申請(專利權)人：江蘇星火特鋼有限公司，東北大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32