氮在Fe-Cr-V液态高氮合金中的溶解行为

 采用MgO坩埚高频真空/加压感应炉在氮气压力04~10 MPa、温度1 570~1 640 ℃下,对加压感应熔炼Fe Cr V系高氮不锈钢进行了实验研究。结果表明,在30CaO 45Al2O3 25SiO2渣覆盖的情况下,氮在Fe 15Cr 10V、Fe 18Cr 10V、Fe 18Cr 15V和Fe 20Cr 20V液态合金中的溶解度分别为0595%、0736%、0776%和1020%,溶解度与氮分压的关系基本符合Sievert定律。渣对钢液吸氮和铝脱氧都起重要的作用,1 873 K、10 MPa氮气氛中,在30CaO 45Al2O3 25SiO2、40CaO 40Al2O3 20SiO2、40CaO 50Al2O3 10SiO2三种不同渣系作用下氮在液态Fe 18Cr 15V中的浓度分别是0776%、0849%和0884%。     

氮在液态Fe-Cr-Mn(Ni)系不锈钢中的溶解

对14Cr8Mn,16Cr7Mn2Mo,18Cr8Ni2Mo不锈钢中氮的溶解行为进行了实验研究.研究结果表明,1 873K,N2气压力为0.1 MPa时,14Cr8Mn,16Cr7Mn2Mo,18Cr8Ni2Mo不锈钢中氮的溶解度(质量分数)分别为0.242%、0.299%和0.226%,氮在液态不锈钢中的溶解符合Sievert定律;在对钢液没有搅拌的情况下,测定了1 873 K时氮在这三种不锈钢中的传质系数,分别为5.72×103m/min,6.13×103m/min和7.68×10.m/min;氮在不锈钢中的传质系数受表面活性元素氧、硫含量的影响.     

底吹氮气冶炼高氮不锈钢的应用研究

根据对高氮不锈钢冶炼设备和工艺、氮气在高温高压下溶入钢液中的方式和特点,以及底吹增氮的优势的分析,在实验室通过300 g钢水底吹异型坩埚在0.5～1.5 MPa,氮气底吹流量0.14～0.24 m~3/h,1820～1910 K下对高氮不锈钢Cr18Mn18N(/%:0.17C、18.00Cr、18.09Mn、0.25Si、0.010S、0.020P、1.07N)进行增氮试验。结果表明,在1.5 MPa、1890 K,0.15 m~3/h底吹氮气流量下,当底吹时间20～30 min氮含量趋于饱和,可快速冶炼出氮含量≥1.0%高氮不锈钢,具有良好的工艺效果。     

30 t VOD精炼含氮不锈钢底吹氮气合金化的生产实践

依据30 t VOD生产数据,在初始[C]0.50%~0.60%,初始[Si]0.12%~0.20%,初始钢水温度1 640~1 650℃,氩和氮气压分别为0.8×10⁶~1.0×10⁶ Pa和1.5×10⁶~1.6×10⁶Pa的条件下,对比底吹氩气和底吹氮气两种工艺在入VOD初始、吹氧脱碳以及还原脱气后的不锈钢（0.04%~0.06%N）中氮含量。结果表明,VOD底吹氮气精炼后Cr13型和Cr17型两类不锈钢的钢液氮含量为260×10^-6和300×10^-6,其氮合金化效果显著;常压下氮气搅拌Cr13型和Cr17型不锈钢钢液的平均增氮速率为40×10^-6/min和45×10^-6/min;钢液温度升高,增氮速率增加,通过降低VOD精炼不锈钢的钢液氧含量,能够提高底吹氮气的氮合金化效果。     

含氮不锈钢氮气增氮的实验及工艺

通过采用氮气增氮的实验,研究了钢液的化学成分、冶炼温度、表面活性元素和吹氮流量对钢液增氮的影响.研究结果表明:钢中的合金元素尤其是Mn、Cr等元素能够增大钢液氮的溶解度;冶炼温度提高,钢液的增氮速率增大;钢中的氧对钢液的增氮有很大的阻碍;吹氮流量增大则钢液的增氮速率相应增大.同时对含氮不锈钢采用吹入氮气增氮工艺进行了探讨,为含氮不锈钢的生产提供了参考.     

Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢的冶炼工艺

为了研究Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢的冶炼工艺,采用加压感应炉+保护气氛电渣重熔工艺进行Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢的冶炼工艺试验,冶炼过程中采用氮化合金与加压氮气渗入相结合的方法增氮。结果表明,随着氮气分压的增加,钢中氮质量分数随之增大;当冶炼过程中氮气分压提高0.03 MPa时,能够成功抑制皮下气泡的生产;试验钢经保护气氛电渣重熔后,钢中夹杂物会普遍降低,主要为细小的方形TiN夹杂。     

合金元素及凝固模式对含氮不锈钢氮含量的影响

通过冶炼实验研究Mn、Cr和Ni对不锈钢凝固模式及铸锭氮含量的影响,探讨影响氮含量的关键因素,并分析合金元素对钢液与铸锭中氮含量影响的相互作用系数的区别.实验结果表明,影响氮含量的因素主要为钢液中氮的溶解度和不锈钢的凝固模式.增加钢液中氮的溶解度、改变凝固模式由F→FA→AF→A时,不锈钢的溶氮能力提高,氮气的溢出量减少,氮含量增加.随Mn含量增加,铸锭中氮含量线性增加,而随Cr和Ni含量增加,氮含量的变化均存在三个特征阶段.分析认为：Mn含量变化不改变凝固模式（FA）,相互作用系数E_N^Mn为-0.0286,与钢液中相近;而随Cr和Ni含量增加,凝固模式分别依次经历F→FA→AF→A和FA→AF→A模式,相互作用系数E_N^Cr和E_N^Ni非定值,分别为E_N^Cr=-0.046和-0.011,E_N^Ni=-0.011和0.033.     

253MA耐热不锈钢EAF-AOD-LF-板坯连铸生产工艺实践

253MA钢(/%:0.05～0.10C,1.2～2.0Si,20～22Cr,10～12Ni,0.14～0.20N,0.03～0.08Ce)是在21Cr-11Ni不锈钢的基础上,通过N合金化和添加稀土元素Ce开发的耐热奥氏体不锈钢。由于该钢种的熔点偏低,钢液的流动性差。因此,氮气合金化、稀土合金化是冶炼过程中的工艺难点。通过对稀土加入方式、过程脱氧、以及精确控N模型等研究,采用AOD全程氮气搅拌,AOD出钢前按照1.8～2.2 m³/t_钢吹氩降氮,钢中[O]可降低到15×10^-6～20×10^-6,LF按13 m/t_钢喂入铈线,实现了253MA不锈钢的批量生产。     

45 t AOD精炼高氮奥氏体不锈钢10Cr21Mn16NiN的工艺实践

冶炼高氮不锈钢10Cr21Mnl6NiN (/%:0.03~0.13C,0.30~0.60Si,15.0~17.0Mn, ≤0.045P, ≤0.030S,21.0~22.0Cr,1.0~1.8Ni,0.40~0.65N) EAF粗炼钢水主要成分为2.20%C,21.32%Cr。AOD精炼时,采用顶吹和底侧吹氧氮进行脱碳,加入锰铁和镍铁,并加入石灰脱硫,用硅铁还原后再用铝和硅钙粉进行深脱氧;使用金属锰进行锰合金化后钢中Mn含量达16%;在钢水量为45.2~46.0 t时,AOD出钢时钢中氮含量为0.49%~0.54%,在出钢过程加入1.34~1.67 t氮化锰后钢中氮含量为0.64%~0.65%,氮的收得率可达42.1%~50.2%。     

AOD炉冶炼含氮不锈钢氮合金化工艺开发

介绍了AOD炉运用氮气在不锈钢中溶解与脱除理论所开发的氮合金化工艺。在40tAOD炉上冶炼0Cr19Ni9N,0Cr19Ni9NbN,1Cr17Mn6Ni5N,00Cr18Ni5Mo3Si2（N）,00Cr22Ni5Mo3N等舍氮不锈钢钢种。不需在线分析钢中氮含量，较为准确地预测与控制钢中氮溶解度值及舍氮不锈钢成品的氮含量。     

氩直流辉光等离子体钢液脱氮的研究

用25 kg真空感应炉对0.02%C钢液进行氩直流(DC)辉光等离子体条件的脱氮实验,研究了氩辉光等离子体对钢液脱氮动力学的影响。结果表明,氩辉光等离子体钢液脱氮速度和脱氮效果明显优于真空钢液脱氮,当钢液氧含量为180×10^-6,在氩辉光等离子体下钢液中氮含量可降至9×10^-6。氩辉光等离子体对钢液的脱氮效果体现在界面化学反应上,提供了加速脱氮反应的动力学条件。     

氮对冷变形亚稳奥氏体不锈钢1~2Crl3Mn9Ni4组织和性能的影响

在25 kg真空感应炉充氩气或大气下加氮化铬铁熔炼成不同氮含量的试验用1~2Cr13Mn9Ni4钢（/%:0.08~0.18C,0.17~0.34Si,8.11~9.27Mn,0.008~0.028P,0.007~0.032S,12.57~13.34Cr,4.05~4.65Ni,0~0.34N）。该钢经锻造、热轧成0.8 mm钢带,再进行0~45%的冷轧变形。试验研究了冷轧变形量和氮含量对该钢组织,力学性能和耐蚀性的影响。结果表明,通过降碳和加适量氮可改善Cr13Mn9Ni4钢的强度和塑性;冷变形钢在敏化状态下均有不同程度的晶间腐蚀倾向;氮有利于提高亚稳奥氏体不锈钢相组成的稳定性;氮使不含稳定化元素的亚稳奥氏体不锈钢在SO₄²-介质中易于钝化,提高了在非敏化状态下的耐腐蚀性,同时明显提高了在Cl^-介质中耐点蚀性能。     

真空感应炉冶炼含氮不锈钢的合金增氮工艺

试验研究了200 kg真空感应炉冶炼含氮不锈钢Cr13(0.04%～0.06%N)、Cr23Ni19(0.22%～0.28% N)和Cr22Ni9(0.15%～0.19%N)时,在(0.1～0.6)×10⁵Pa氩气或氮气下加氮化铬(56.2%Cr、7.33%N)增氮工艺。结果表明,在氮气保护下加氮化合金,氮回收率为80%以上;在氩气保护下加氮化合金,氮回收率仅为10%。提高炉内氮气压力,控制合适的加入温度,加入小粒度氮化铬,氮的回收率可达100%。     

High Nitrogen Austenitic Stainless Steels Manufactured by Nitrogen Gas Alloying and Adding Nitrided Ferroalloys

 A simple and feasible method for the production of high nitrogen austenitic stainless steels involves nitrogen gas alloying and adding nitrided ferroalloys under normal atmospheric conditions. Alloying by nitrogen gas bubbling in Fe Cr Mn Mo series alloys was carried out in MoSi2 resistance furnace and air induction furnace under normal atmospheric conditions. The results showed that nitrogen alloying could be accelerated by increasing nitrogen gas flow rate, prolonging residence time of bubbles, increasing gas/molten steel interfaces, and decreasing the sulphur and oxygen contents in molten steel. Nitrogen content of 069% in 18Cr18Mn was obtained using air induction furnace by bubbling of nitrogen gas from porous plug. In addition, the nickel free, high nitrogen austenitic stainless steels with sound and compact macrostructure had been produced in the laboratory using vacuum induction furnace and electroslag remelting furnace under nitrogen atmosphere by the addition of nitrided alloy with the maximum nitrogen content of 081%. Pores were observed in the ingots obtained by melting and casting in vacuum induction furnace with the addition of nitrided ferroalloys and under nitrogen atmosphere. After electroslag remelting of the cast ingots, they were all sound and were free of pores. The yield of nitrogen increased with the decrease of melting rate in the ESR process. Due to electroslag remelting under nitrogen atmosphere and the consequential addition of aluminum as deoxidizer to the slag, the loss of manganese decreased obviously. There existed mainly irregular Al2O3 inclusions and MnS inclusions in ESR ingots, and the size of most of the inclusions was less than 5 μm. After homogenization of the hot rolled plate at 1 150 ℃×1 h followed by water quenching, the microstructure consisted of homogeneous austenite.     

AOD炉冶炼含氮不锈钢氮成分控制的研究

对氮在不锈钢熔体中溶解的热力学和动力学行为进行了理论分析,指出氮在不锈钢熔体中溶解度随钢水温度降低和铬、锰、钼含量增加而升高,而随着镍和碳含量的增加而降低;对AOD炉冶炼不锈钢吹氮合金化工艺控制模型进行了理论研究和实际应用,指出在AOD炉中氮含量随着钢水碳含量、温度、供氧强度、吹氩强度的变化而变化,该工艺适合冶炼钢种的氮含量小于该钢种在常压下理论氮溶解度的90%,为保证氮成分精度,以小于80 %为宜.     

注射成形0Cr17Mn11Mo3N无镍高氮不锈钢的烧结

采用粉末注射成形技术制备了0Cr17Mn11Mo3N无镍高氮奥氏体不锈钢,研究了各烧结工艺参数(温度、时间、气氛)对其相对密度及氮含量的影响.结果表明:温度是最重要的烧结参数,提高温度可以显著增加烧结体的相对密度,但引起氮含量的下降,在1300℃以上烧结,烧结体相对密度可达99%以上;烧结时间所起作用不明显,烧结2 h足够使粉末致密化过程完成;气氛对0Cr17Mn11Mo3N不锈钢的烧结影响显著,在N₂+H₂混合气中烧结比在纯N₂气中获得更高的相对密度及更低的氮含量.0Cr17Mn11Mo3N不锈钢的最佳烧结条件为:温度1300℃,时间2 h,气氛采用流动的高纯氮气,此时烧结体相对密度达到99.1%,氮质量分数为0.78%.     

氮含量对U71Mn高速钢轨力学性能的影响

重轨U71Mn钢(%:0.66～0.76C、0.15～0.35Si、1.10～1.40Mn、≤0.030P、≤0.030S)的冶金工艺流程为100 t转炉-LF(VD)-280 mm×380 mm连铸。研究了转炉至中间包各工序[N]及影响因素,氮含量对钢轨力学性能的影响。结果表明,随钢中氮含量由54×10^-6增加至94×10^-6,钢轨的断裂韧性由34.7～38.1 MPa m1/2降至28.1～31.5 MPa m^1/2。LF精炼时将增碳剂由沥青焦改为无烟煤时,钢中氮含量可控制≤64×10^-6,平均氮含量为50.9×10^-6。