[发明专利]一种加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法

说明书

本发明提供了一种加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，属于高氮钢冶炼技术领域。本发明在加压钢包中对钢液依次进行氮合金化、深脱氧和深脱硫，同时在氮合金化过程中采用底吹氮气和加压下气相‑钢液界面渗氮相结合的方式实现高效氮合金化，使氮分布均匀，并利用镍镁合金和稀土降低钢液中的杂质含量；然后进行加压电渣重熔，进一步降低钢液中的夹杂物和杂质元素含量，改善钢的偏析，并使高氮钢组织均匀、致密。实施例的结果显示，本发明的高氮钢杂质含量低，成分均匀稳定，可以满足航空、航天、石油、化工、能源、海洋和生物工程等领域的使用要求。

技术领域

本发明涉及高氮钢冶炼技术领域，尤其涉及一种加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法。

背景技术

氮作为钢中重要的合金元素，通过固溶强化、细晶强化和析出强化等综合作用，能够大幅提升钢的强度且不显著降低韧性；通过氮以及与其他合金元素(Cr、Mo等)的协同作用，能提升钝化膜的稳定性并增强再钝化能力，从而显著改善钢的耐腐蚀性能。高氮不锈钢是一类氮含量超过常压平衡溶解度的不锈钢，具有比传统不锈钢更加优异的力学性能和耐腐蚀性能，已广泛应用于航空、航天、石油、化工、能源、海洋和生物工程等领域。

高氮钢制备技术的关键在于冶炼过程中使熔体快速增氮至较高含量，以及在凝固过程中抑制氮的严重偏析和气孔析出，即氮的加入和保持。由于常压下氮在钢中的溶解度较低，加压冶金已成为制备高氮钢的主要途径。目前加压冶金制备高氮钢的方法有加压感应熔炼、大熔池法、加压电渣重熔等。其中，加压感应熔炼容易实现氮合金化，通过确定合理的冶炼和浇铸压力，可以实现氮含量的精确控制。然而，加压感应熔炼过程钢液表面无熔渣，导致脱氧、脱硫产物无法充分去除，铸锭的洁净度有待进一步提高；加压感应炉生产铸锭的致密度和偏析与加压电渣重熔生产的铸锭相比，也存在明显不足。此外，由于受大型感应熔炼系统复杂性的限制，加压感应炉吨位较小，气相-熔体的接触面积有限导致钢液渗氮速率较慢，不利于工业化生产。添加氮化合金进行氮合金化的加压电渣重熔是目前商业化生产高氮不锈钢的主要手段，该工艺结合了电渣重熔和加压强化冷却的技术优势，能抑制钢液凝固过程中氮的逸出，可显著提高钢的洁净度、组织致密性并有效促进凝固组织细化。但存在以下不足：(1)高压下连续添加氮化合金对测量和控制系统要求极高；(2)向渣中添加的氮化合金分解导致渣池沸腾，扰乱熔炼过程，并且使用氮化硅增氮时易增硅；(3)为改善铸锭的成分均匀性，经常需要二次甚至三次重熔。

因此，需要提供一种经济高效、便于大规模工业化生产高氮钢的方法，为制备洁净度高、凝固组织致密、氮分布均匀的高氮钢提供技术保障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加压钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，本发明提供的方法可以实现高效氮合金化，并使氮分布均匀，制备的高氮钢中杂质含量低，洁净度高，成分均匀稳定，可以满足航空、航天、石油、化工、能源、海洋和生物工程等领域的使用要求。

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钢包精炼和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，包括以下步骤：

(1)在加压钢包中对钢液先进行氮合金化，然后进行深脱氧和深脱硫，最后浇铸得到高氮钢铸锭；所述氮合金化包括底吹氮气和加压下气相-钢液界面渗氮；所述深脱氧和深脱硫是在加压钢包精炼末期向钢液中加入镍镁合金和稀土；

(2)对步骤(1)所述的高氮钢铸锭进行加压电渣重熔，得到高氮钢电渣锭。

优选地，所述步骤(1)中氮合金化前，对所述加压钢包依次进行预热、倒入钢液和抽真空处理，所述预热的温度为1100～1200℃，所述抽真空处理的真空度＜15Pa。

优选地，所述步骤(1)中的钢液为AOD+LF炉、VOD+LF炉或转炉+LF炉生产的钢液，所述钢液的温度为1620～1650℃，并已经过预脱氧和脱硫处理。