技術領域

本發明涉及一種用高合金熔體制備高強度不銹鋼的方法，是一種常壓冶煉高氮不銹鋼的方法，屬于鋼鐵冶煉領域。

背景技術

高氮不銹鋼（以下稱高氮鋼）以其節鎳、耐蝕、高強度、高塑性等優異性能受到矚目，作為高強韌同時耐蝕不銹的新型鋼種可在更寬闊更復雜的領域獲得廣泛應用。

高氮鋼主要化學元素組成為鐵（Fe）、鉻（Cr）、錳（Mn）、氮（N）及少量鉬（Mo）、銅（Cu）、硅（Si）、鈮（Nb）、釩（V）、鈦（Ti）等，其中氮元素的含量應≥0.6wt%。在高氮鋼冶煉時氮較難加入并易從熔體中逸出形成氮氣，因此一般采用高壓力下冶煉，限制了產量。200810050792.8專利申請提出了常壓下將高氮鉻鐵加入Fe-Mn熔體冶煉高氮鋼的方法，201210458675.1專利申請也提出了常壓下將氮化錳加入Fe-Cr熔體冶煉高氮鋼的方法，使高氮鋼常壓下生產成為可能。但向Fe-Mn熔體加入高氮鉻鐵仍然有大量的氮逸出，需要快節奏操作，成錠后氮含量不穩定，需要較長時間固溶處理以消除氮化物和鐵素體；而向Fe-Cr熔體加入氮化錳過程會有大量錳被氧化使大量氮逸出，也難以得到氮含量較高的高氮鋼。

試驗研究表明，向Fe-Cr-Mn熔體加入固態高氮合金過程出現氮大量逸出的主要原因是：氮含量較高的含氮鉻鐵在Fe-Cr-Mn熔體中快速熔化致使大量氮在固液界面快速被釋放，卻又不能及時被Fe-Cr-Mn熔體吸收，導致大量氮逸出為氮氣，使Fe-Cr-Mn熔體不能獲得理想的高氮含量，從而得不到理想氮含量的高氮鋼，而且未溶解的高氮鉻鐵在澆注凝固時還會因固液面溶氮能力不足而產生的大量氮氣泡不能在熔體凝固前及時逸出，滯留于鋼坯中形成氣泡缺陷。

采用液態兌入是減少高氮鋼熔體氮逸出的方法之一，?200810300678.6專利申請提出將熔煉的鋼水加入到含氮合金液中制備高氮鋼，可以使高氮鋼的最高氮含量達到0.95wt%，但僅提供了N≥0.47%的護環鋼及氮含量在0.15～0.4wt%含氮鋼的實施例。一般來說高氮鋼的氮含量（0.6～1.2wt%范圍內）越高，其性能就越優越，如隨著護環鋼的氮含量提高將顯著提高其各項性能指標并提高在電力發電設備中的應用級別，因此盡量提高高氮鋼的氮含量是必要的。而實驗表明，簡單地將低碳鋼水兌入含氮合金液中仍然會造成大量氮逸出而難以獲得氮含量較高的高氮鋼。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用高合金熔體制備高強度不銹鋼的方法，是一種常壓下將基礎鋼水兌入高氮合金熔體制備高氮鋼的方法，可顯著減少氮逸出，得到氮含量較高且穩定的高氮鋼熔體，從而獲得氣泡少、氮含量高的高氮鋼坯。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種用高合金熔體制備高強度不銹鋼的方法，其特征在于：先分別制備高氮合金熔體和Fe-Cr-Mn熔體后，再將Fe-Cr-Mn熔體限流兌入高氮合金熔體中，控溫并攪拌均勻后出爐澆注，其中具體步驟如下：

1）制備Fe-Cr-Mn熔體：選用或精煉碳含量較低的工業純鐵，將其熔化后加入金屬錳和微碳鉻鐵，使Mn含量占熔體的5～40wt%，Cr含量占熔體的0～20wt%，保持熔體碳含量≤0.08wt%，保持熔體溫度在1500℃～1700℃范圍內；

2）制備高氮合金熔體，其高氮合金組成為高氮鉻鐵和氮化鉻鐵及氮化錳的混合物，混合比例為任意，控制氮含量為2～10wt%；將高氮合金快速熔化為熔體后，加入0～30wt%金屬錳和0～30wt%微碳鉻鐵，將熔體保持在能夠維持熔體狀態的較低溫度，保持在1450℃～1600℃范圍內；

3）制備高氮鋼熔體：將Fe-Cr-Mn熔體溫度調整至1550℃～1650℃，以單流束或多流束緩慢兌入高氮合金熔體中，每單流束流量≤600kg/min，攪拌熔體使其混合均勻，混合攪拌過程溫度控制在1450℃～1600℃范圍內，混合攪拌時間為0～15min；

4）混合攪拌后將高氮鋼熔體溫度快速調至1550℃～1650℃后出爐澆注；

上述冶煉過程的脫S、脫P、脫O及造渣、除渣方法為常規煉鋼操作方法。

所述熔化及保溫爐為中頻感應爐或LF爐（鋼包精煉爐）。

所述攪拌熔體方式可通過中頻感應爐運行過程中產生的電感攪拌方式。

所述高氮合金的材料為高氮鉻鐵，其氮含量為5～12wt%。

所述高氮合金的材料為氮化鉻鐵，其氮含量為3～5wt%。

所述高氮合金的材料為高氮鉻鐵和氮化鉻鐵及氮化錳的混合物，其氮化錳所占比例≤50wt%。