[發明專利]一種高合金、高釩鋼的降氮方法

有效

• 申請號: 202110977891.6
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113416812B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 楊樹峰;楊會澤;劉威;李京社;陳永峰;左小坦;趙朋;楊曙磊
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C21C5/52
• 分類號: C21C5/52;C21C7/06;C21C7/072;C21C7/10;C22C33/04;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/22;B22D11/117;B22D11/111
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 劉曉

本發明涉及一種高合金、高釩鋼的降氮方法，屬于電爐煉鋼技術領域。所述方法為：在EAF電弧爐冶煉工序，采用爐內吹氬形成鋼液的保護氣氛和密封措施，根據鋼液耗氧量判斷是否吹碳以及采用造渣料分兩部分加入的方式；在LF精煉工序，在爐蓋側面安裝吹氬管道向爐內吹入氬氣，保持爐內正壓和保護氣氛，同時在爐內進行低氮高堿度精煉渣和合金料的預熔，在精煉結束后進行還原渣扒渣操作；在VD真空處理工序，采用分段底吹氬攪拌鋼液方式；在連鑄保護澆鑄工序，采用連鑄保護澆鑄和保證結晶器黑液面操作。本發明能明顯降低高合金、高釩鋼中的氮含量，能有效保證最終得到的產品中的氮含量不大于20ppm、抗彎強度高達1620~1840MPa。

技術領域

本發明屬于電爐煉鋼技術領域，尤其涉及一種高合金、高釩鋼的降氮方法。

背景技術

高合金、高釩鋼中的合金元素總量超過10%，其中釩元素含量可超過5%。鋼中合金元素的添加雖在一定程度上提升了鋼材的性能，但是部分合金元素（如V、Cr、Nb、Mn等）的大量添加會增加鋼液中氮元素的溶解度。而鋼中氮元素的存在極大影響了鋼材的性能，會降低鋼的韌性、焊接性能和熱應力區韌性，并在一定程度上增加鋼的脆性，降低鋼的力學性能。同時，在連鑄過程中氮元素的存在還會造成連鑄坯開裂。因此，有效控制高合金、高釩鋼中氮含量就成為越來越多業內學者關注的熱點課題之一。目前，高合金、高釩鋼的冶煉方式多是以電弧爐冶煉（EAF）-LF爐精煉-VD爐真空處理-連鑄（CC）工藝流程為主，其中鋼中氮元素的來源一般分為三種情況：1）原材料帶入；2）裸露鋼液表面從大氣中吸收氮氣；3）電弧爐和LF爐電弧區電離空氣中氮氣增氮。所以降低高合金、高釩鋼中氮含量的主要研究方向是從鋼中氮元素來源和冶煉過程鋼液脫氮兩個方面入手。

在電爐煉鋼的各個工序中，鋼液增氮主要發生在廢鋼熔化、出鋼和LF精煉環節。鋼液脫氮一般是通過電弧爐冶煉過程中的碳氧反應和真空處理（VD或者RH）脫氣實現。現有的電弧爐冶煉過程，鋼液在廢鋼熔化階段沒有渣層的保護以及爐內處于開弧冶煉狀態，會造成鋼液大量吸氮，而冶煉后期鋼液碳含量較低，導致脫氮效果和泡沫渣覆蓋鋼液表面效果不理想，終點鋼液氮含量一般為50ppm~80ppm。出鋼后加鋁深脫氧，鋼液中碳高氧低，吸氮現象嚴重，增氮20ppm~30ppm?，F有的LF精煉過程，由于造渣料中氮被帶入鋼液和吹氬強度太大導致鋼液面裸露吸氮，此外，精煉過程中爐內處于負壓狀態造成吸氣，加劇了鋼液吸氮，增氮15ppm~20ppm。電爐工藝冶煉高合金、高釩鋼周期相對較長，在冶煉過程中容易發生吸氮現象，同時高合金、高釩鋼因其成分特點，相較于其他普通鋼種冶煉過程吸氮現象更加嚴重。因此，在電爐工藝下有效控制高合金、高釩鋼中的氮含量是十分重要的。

中國專利申請CN108251598A公開了一種中碳高合金鋼的增碳控氮生產方法，其所公開方法是通過鐵水脫硫、轉爐冶煉、LF精煉和連鑄生產工序，可以得到N≤40ppm的高合金鋼成品，但其在轉爐冶煉過程中并沒有采取鋼液保護措施，在出鋼過程進行合金化，導致增氮嚴重；且在后續工序也未采取有效的鋼液脫氮措施，最終制得的高合金鋼產品的氮含量有待進一步降低。中國專利申請CN106834610A公開了一種高強微合金鋼多段組合控氮方法，其所公開的方法利用多段組合控制合金鋼中的氮含量，其在冶煉過程中采取了氬氣氣氛保護和造泡沫渣操作，從而達到保護鋼液的目的，但在出鋼后進行鋼包吹氬脫氧，此過程鋼液完全裸露在空氣中，發生較大程度吸氮，該專利申請在全流程的控氮措施和對鋼中氧、硫等有害元素的控制仍有不足。

電爐煉鋼工藝生產中鋼液增氮現象是難以避免的，但是隨著社會對高端鋼材需求的增加，對鋼中氮含量的要求也是越來越嚴格，部分高合金、高釩鋼鋼種的氮含量甚至要求達到20ppm以下。因此，非常有必要基于鋼液脫氮機理，結合各工序的操作特點及高合金、高釩鋼的成分特點，開發一種針對高合金、高釩鋼冶煉過程氮元素高效脫除的方法。

發明內容