[發明專利]一種精準控制高氮不銹鋼中氮含量的方法

有效

• 申請號: 202110652316.9
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113388709B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 李花兵;朱紅春;毛東升;姜周華;馮浩;何志禹;張樹才;賀彤
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C21C5/00
• 分類號: C21C5/00;C21C7/00;C22C33/06;C22C38/02;C22C38/22;C22C38/44;C22C38/58;B22D18/04
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 張敏

本發明屬于高氮不銹鋼冶煉技術領域。本發明提供的精準控制高氮不銹鋼中氮含量的方法，通過計算公式(1)～(3)能夠準確計算得到冶煉時真空充入氮氣的壓力，即冶煉壓力，在該壓力下進行熔煉制備得到的高氮不銹鋼中的氮含量能夠與目標鋼中的氮含量非常接近，甚至能夠精準達到目標鋼中的氮含量，且鋼件組織均勻，有效實現了利用加壓感應熔煉高氮不銹鋼中氮成分的精準控制。實施例的結果表明，采用本發明的方法制備得到的高氮不銹鋼，經檢測得到的氮含量與目標鋼中的氮含量的偏差僅為0.01～0.02％，實現了利用加壓感應熔煉高氮不銹鋼中氮成分的精準控制。

技術領域

本發明屬于高氮不銹鋼冶煉技術領域，具體涉及一種精準控制高氮不銹鋼中氮含量的方法。

背景技術

氮加入不銹鋼中能夠部分或全部替代鋼中昂貴的鎳，從而增加不銹鋼的強度、提高低溫沖擊韌性、強化耐腐蝕性和耐應力腐蝕性能等。因此，高氮不銹鋼在航空航天、石油化工、海洋、能源和軍事等重點領域應用前景十分廣闊。但是，對于高氮不銹鋼而言，由于氮在鋼中受限于常壓溶解度，難以制備氮含量超過常壓溶解度的高性能高氮不銹鋼。

目前，現有技術中為了保證鋼液中溶有更高含量的氮，高氮不銹鋼冶煉過程必須在加壓氮氣氛中進行，以防止氮的溢出。加壓感應制備高氮不銹鋼過程中壓力設置主要分為三個階段，即加壓精煉階段、增壓階段和加壓凝固階段，且氣相滲氮主要發生在加壓精煉、增壓和加壓凝固初期的澆注階段。因而，在上述過程中壓力的精確設置是加壓冶金技術推廣應用的難題，壓力設置過大，鋼液內氮含量超標，并嚴重縮短設備壽命易發安全事故；反之，氮溶解度過低，氮含量無法到達目標值，并且難以抑制氣孔等凝固缺陷形成，更甚者導致材料直接報廢。

因此，亟須提供一種可精準控制高氮不銹鋼中氮含量的方法，能夠有效獲得目標成分的高氮不銹鋼，從而更好的實現對高氮不銹鋼性能把控。

發明內容

本發明的技術方案提供了一種精準控制高氮不銹鋼中氮含量的方法，該方法制備得到的高氮不銹鋼中的氮含量與目標鋼中的氮含量非常接近，有效實現了利用加壓感應熔煉高氮不銹鋼中氮成分的精準控制。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種精準控制高氮不銹鋼中氮含量的方法，包括以下步驟：

(Ⅰ)將高氮不銹鋼的原料進行氮氣加壓精煉，得到熔體；所述氮氣加壓熔煉的壓力P_冶煉根據公式(1)計算得到；

其中，P⁰為標準大氣壓，MPa；T為澆注溫度，℃；lgf_N為冶煉過程鋼液中氮元素理論活度；[％N]_充氣前為施加氮氣達到澆注壓力前鋼液的理論氮含量；

所述公式(1)中的[％N]_充氣前根據公式(2)計算得到；

其中：A是經驗系數，為0.08～0.1；C為經驗系數，0.8～1；V為氮氣加壓熔煉使用的加壓感應爐的容積，m³；v_N為氮氣充入速度，為0.3～1m³/min；[％N]_澆注前是施加氮氣達到澆注壓力前鋼液氮含量；[％N]_e是在澆注壓力下氮溶解平衡時鋼液的理論氮含量；

所述公式(2)中的[％N]_澆注前根據公式(3)計算得到；

其中：[％N]是鋼中的目標氮含量；[％N]_e是在澆注壓力下氮溶解平衡時鋼液的理論氮含量；A是經驗系數，為0.08～0.1；m為熔體總質量，kg；v為熔體的澆注速度，為15～30kg/min；

(Ⅱ)將所述步驟(Ⅰ)得到的熔體依次進行氮氣增壓和澆注，得到高氮不銹鋼。