[发明专利]一种加压感应制备高氮奥氏体不锈钢所需凝固压力获取方法及制备方法

说明书

本发明提供了一种加压感应制备高氮奥氏体不锈钢所需凝固压力获取方法及制备方法，属于高氮奥氏体不锈钢制备技术领域。本发明的获取方法参考了加压感应冶炼过程中成分偏析、氮溶解度和冷却速率，获得了准确的凝固压力，利用该凝固压力制备高氮奥氏体不锈钢能够有效解决凝固过程中氮逸出和氮气孔形成，提高高氮奥氏体不锈钢的质量。

技术领域

本发明涉及高氮奥氏体不锈钢冶炼技术领域，尤其涉及一种加压感应制备高氮奥氏体不锈钢所需凝固压力获取方法及制备方法。

背景技术

高氮奥氏体不锈钢因具备强度高、韧性好、无磁、耐腐蚀性能佳及生物相容性好等诸多独特优势，可用于制备航母潜艇等军用大型燃气轮机的护环、装甲、无磁钻铤和汽车发动机排气阀以及心血管支架等基础零部件，应用前景十分广泛，是我国基础材料升级换代的关键材料之一。

迄今为止，氮气加压熔炼被认为是最有前途的高氮钢制备方法之一，尤其对于更高氮含量(约1％)优质奥氏体不锈钢制备而言，氮气加压熔炼是其唯一制备手段。由于钢液中氮溶解度有限以及氮在固液相中的溶解度存在较大差异，因而在制备过程中，极易发生氮逸出，形成氮气孔等缺陷，导致高氮钢成分命中率低，组织性能差等制备难题。加压感应熔炼作为高氮奥氏体不锈钢制备的重要手段之一，能够实现P900N、P900NMo和P2000等更高级别的高强度高氮奥氏体不锈钢的制备。凝固压力作为加压感应熔炼关键工艺参数之一，对于凝固过程中保氮、抑制氮气孔生成等至关重要。

对于高氮奥氏体不锈钢而言，其冶金反应温度高，导致加压难度大，对冶炼设备要求苛刻。在高氮奥氏体不锈钢加压感应制备过程中，过高凝固压力会加速设备损耗，提高生产成本和易诱发生产事故，影响生产安全和顺行；反之凝固压力过低，无法有效防止氮逸出和抑制氮气孔等缺陷，更甚者导致材料直接报废，难以实现氮成分均匀，凝固组织致密性能优异的高氮奥氏体不锈钢的制备。

因此，找到一种加压感应制备高氮奥氏体不锈钢抑制氮气孔形成所需凝固压力的确定方法，准确预测凝固压力最小值，是解决高氮奥氏体不锈钢凝固过程中氮逸出和氮气孔形成等制备技术难题的关键。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种加压感应制备高氮奥氏体不锈钢所需凝固压力获取方法及制备方法。采用本发明提供的获取方法得到的凝固压力制备高氮奥氏体不锈钢，能够有效解决凝固过程中氮逸出和氮气孔形成，提高高氮奥氏体不锈钢的质量。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种加压感应制备高氮奥氏体不锈钢所需凝固压力的获取方法，包括以下步骤：

获取冷却速率v_c、氮的最大宏观偏析比Sr_max、氮扩散系数D_s、氮溶质分配系数k、固相线温度T_S和液相线温度T_L；

根据公式(1)，得到氮宏观偏析参数M_N；

其中，[％N]为高氮奥氏体不锈钢中N元素的质量百分含量；

通过公式(2)，得到氮元素的活度

式中：为氮元素对氮元素相互作用系数；为元素j对氮元素的一级相互作用系数；为元素j对氮元素的二级相互作用参数，[％j]为高氮奥氏体不锈钢中元素j的质量百分含量；

通过公式(3)，得到高氮奥氏体不锈钢所需凝固压力P_S：

式中：P^θ为标准大气压；

所述高氮奥氏体不锈钢包括以下质量百分含量的元素：