[发明专利]一种加压电渣炉冶炼高氮钢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种冶炼高氮钢的方法，具体涉及一种应用加压电渣炉冶炼高氮钢的方法。

背景技术

氮作为钢中的间隙元素，通过与其它合金元素(Mn、Cr、Mo、V、Nb和Ti等)的协同作用，能改善钢的多种性能，包括强度、韧性、蠕变抗力、耐磨性能、耐腐蚀性能等。从广义上讲所谓“高氮钢”是指材料中的实际氮含量超过了在常压下(0.1MPa)制备材料所能达到的极限值的钢。一般认为根据氮在奥氏体不锈钢中的含量，可将含氮奥氏体不锈钢分为控氮型(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)，而铁素铁、马氏体不锈钢中的氮含量大于0.08％时，便可被称为高氮钢(Speidel M O.Properties and applications of high nitrogen steels[A].High Nitrogen Steels[C].London：TheInstitute of Metals，1989，92-96.)。氮加入奥氏体不锈钢中，除了部分替代贵重的镍外，主要是作为固溶强化元素提高奥氏体不锈钢的强度，大约超过同系列钢性能的1.3到3倍多，而且并不显著损害钢的塑性和韧性，并且显著提高其耐腐蚀性能，特别是耐局部腐蚀，如耐晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等。

电渣炉是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的一种冶金设备。用电渣炉冶炼的钢，具有纯度高、硫含量低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、组织致密、化学成分均匀等优点。因此，电渣炉设备在钢铁、机械等行业得到了广泛的应用。

氮易在高氮钢凝固过程中偏析和析出形成气孔，而导致产品报废。研究表明提高体系的氮分压，不仅可显著提高氮在合金体系不同相中的溶解度，而且可有效抑制高氮钢凝固过程中氮的偏析和析出。因此高氮钢的熔炼和凝固常在加压条件下进行。用加压电渣炉冶炼高氮钢是一种在压力条件下进行冶炼高氮钢的方法，也是目前商业化生产高氮钢的有效方法。1980年德国Krupp公司建成了世界上第一台16t加压电渣炉(PESR)(Stein G，Diehl V.High nitrogenalloyed steels on the move-fields of application[A].Proceeding of the 7th international conferenceon high nitrogen steels 2004[C].Ostend：Belgium，2004，421-426.)，德国的加压电渣炉所采用的合金化方式是在冶炼的过程中不断向渣池中加入氮化合金，但是由于生产工艺的不稳定，尤其是氮合金化技术方式的不完善，造成钢锭中元素分布不均匀，尤其是氮元素，有时必须进行二次重熔，成品合格率较低。

发明内容

本发明的目的是在已有技术的基础上，利用自己设计的加压电渣炉并提供一种加压电渣炉冶炼高氮钢的方法，采用固态起弧造渣方式起弧和在自耗复合电极上均匀焊接装有氮化合金和脱氧剂的合金管的方式进行氮合金化，在超过常压的密闭冶炼室内进行冶炼。解决了采用原有技术制备高氮钢过程中氮分布不均匀的问题，从而避免了二次重熔，节约了生产成本，且工艺方法简单，冶炼效果好。

本发明加压电渣炉冶炼高氮钢的方法是利用主要由底水箱、结晶器、熔炼室、电极、电极卡头、密封装置、熔炼室冷却水入口和出口构成的电渣炉进行高氮钢的冶炼，其要点是按如下步骤进行：

1.依据目标钢种的元素成分，通过以下计算公式计算目标钢种在常压下极限氮含量×(0.7～0.9)的数值，确定自耗复合电极母材的氮含量及其他合金元素的成分，通过计算得出冶炼自耗复合电极母材所需原料的重量百分比。