至德鋼業(yè)高氮低鎳不銹鋼管坯料的冶煉方法有哪些

 在浙江至德鋼業(yè)有限公司冶煉車間內(nèi)，含氮不銹鋼管坯料的冶煉方法主要分為兩大類：氣體增氮法和固體增氮法。固體增氮法通過調(diào)整合金成分來改變氮的溶解度是非常有限的，氣體增氮法是通過向鋼液中進(jìn)行吹氮冶煉含氮鋼，但是氮含量很難準(zhǔn)確控制。氮在鋼中的溶解度受合金元素、溫度和鋼液表面氮分壓的影響很大，鉻、錳、鉬、釩、鈮等元素跟氮的相互作用系數(shù)為負(fù)數(shù)，有利于氮在鋼液中的溶解；鎳、銅、硅、碳等元素跟氮的相互作用系數(shù)為正，不利于氮在鋼液中的溶解。冶煉高氮不銹鋼的方法主要有添加含氮合金法、加壓感應(yīng)熔煉、增壓電渣重熔、增壓等離子熔煉，冶煉中氮不銹鋼可以直接采取常壓冶煉。

 添加含氮合金的方法是指通過向熔池添加含氮鐵合金以達(dá)到氮合金化的目的，主要有Mn-Fe、Cr-Fe、V-Fe、氮化物、氰化物等，鋼中含氮量最高可以達(dá)到0.5%～0.6％。此種方法通過加入氮化合金的方式達(dá)到了高氮的目的，但會(huì)導(dǎo)致鋼液的純凈度降低，也會(huì)導(dǎo)致氮的濃度起伏變化加劇且在熔池內(nèi)部分布不均，容易在高氮區(qū)形成氮?dú)馀?，?huì)降低鋼材的綜合性能。

 加壓感應(yīng)熔煉是利用感應(yīng)爐能夠在熔煉期間提供一個(gè)密閉熔煉空間，保持熔煉所需氮?dú)鈮翰蛔兊囊环N冶煉方法，可以有效的控制鋼液中的氮含量。此種方法雖然能很大程度提高氮在鋼液中的溶解度，但是在鋼液氣相滲氮的過程中，氣液界面之間的接觸面積起決定作用，當(dāng)氣液之間的接觸面較小時(shí)，則鋼液中的氮含量難以提升，因此加壓感應(yīng)熔煉方法僅僅是依靠在高壓氮?dú)鈿夥障挛睙捀叩讳P鋼管，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)和應(yīng)用。

 增壓電渣重熔法是目前應(yīng)用最普遍的高氮鋼的生產(chǎn)方法之一，重熔過程中爐內(nèi)壓力的大小對(duì)重熔后的合金成分和目標(biāo)氮含量有著關(guān)鍵的作用。由于氮在鋼液中的溶解度很低，盡管在熔煉過程中保證熔池液面上有很高的氮?dú)鈮?，氮?dú)馊匀缓茈y進(jìn)入到鋼液中。因此常采取向鋼液中加入含氮合金或氮化物的方法提高最終成品中的氮含量，但是向鋼渣中添加氮化合金的過程中，合金會(huì)快速分解產(chǎn)生氮?dú)舛鴮?dǎo)致鋼渣沸騰，會(huì)使電極端處的液態(tài)金屬膜暴露在氮?dú)庵?，?duì)鋼錠成分的均勻性產(chǎn)生不利的影響，降低產(chǎn)品的合格率。另外加入合金的過程中會(huì)代入一些鋼液中不需要的元素，給鋼的純凈度帶來一定的影響。

 增壓等離子熔煉法是一種新型的冶煉方法，其工作原理是利用等離子弧產(chǎn)生的熱量作為熱源來熔化、精煉和重熔金屬。當(dāng)熔融金屬暴露于等離子弧中時(shí)，通過利用等離子弧的化學(xué)吸附和電場吸附的方法來增加鋼液中氮元素的溶解度，最后達(dá)到平衡時(shí)氮的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過熱力學(xué)計(jì)算中的氮飽和濃度。此方法冶煉高氮鋼時(shí)最終鋼液中的氮的溶解度取決于氮分壓、原始鋼液的成分、溫度和生成的渣，由于冶煉過程熔池中溫度存在不穩(wěn)定性，因此氮不能均勻的分布在鋼液中。

 冶煉中氮鋼采取的是常壓吹氮冶煉，采取此種方法的優(yōu)點(diǎn)：常壓吹氮可以降低生產(chǎn)成本，并且吹氮還可以起到自動(dòng)攪拌鋼液使成分和溫度均勻。氮在固相中的溶解度要小于其在液相中的溶解度，常規(guī)冶煉條件下，鋼液在凝固過程中由于其含氮量較高易于形成氣體逸出，使鋼錠產(chǎn)生氣孔，嚴(yán)重時(shí)在鋼錠表面會(huì)呈現(xiàn)出蜂窩狀，因此需要采取快速冷卻的方式，使溶解在鋼液中的氮在凝固的過程中固溶到鋼中。

 316不銹鋼鋼號(hào)有316、316L、316LC、316F、316H、316N、SUS316、SUS316L、SUS316JI、SUS316JIL和SUS316TPTi等。316不銹鋼屬于典型的鉻鎳系奧氏體不銹鋼，在高溫和常溫下都能夠保持單一的奧氏體組織，具有良好的耐海水腐蝕、耐晶間腐蝕、沖擊韌性等綜合性能，被廣泛應(yīng)用于換熱器、醫(yī)療、管道、化工、海洋工程等領(lǐng)域。但由于國內(nèi)鎳資源匱乏，需要大量的進(jìn)口來維持不銹鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，這就導(dǎo)致成本提高，成為不銹鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。在即保證性能不變又降低成本的前提下，尋找新的元素代替316不銹鋼中的鎳元素是目前工業(yè)生產(chǎn)的主要發(fā)展方向。研究發(fā)現(xiàn)氮作為合金元素加入到不銹鋼中具有穩(wěn)定奧氏體組織、提高奧氏體不銹鋼力學(xué)性能和耐腐蝕性能的作用。進(jìn)一步對(duì)氮在鋼中作用機(jī)理的研究發(fā)現(xiàn)：氮是降低奧氏體不銹鋼成本的重要合金元素，能提高力學(xué)性能和耐腐蝕性能，同時(shí)也改善了醫(yī)用不銹鋼的生物相容性，因此含氮不銹鋼的研究與開發(fā)對(duì)于新一代鋼鐵材料與技術(shù)的發(fā)展意義重大，隨后以氮代鎳的資源節(jié)約型不銹鋼應(yīng)運(yùn)而生。主要是在316（07Cr17Ni12Mo2）奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)之上采用30 kg真空感應(yīng)爐常壓吹氮及二次布料加入氮化合金的方式冶煉獲得試驗(yàn)鋼。對(duì)冶煉獲得的試驗(yàn)鋼經(jīng)過加工之后研究增氮降鎳對(duì)奧氏體不銹鋼組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、第二相、夾雜物、力學(xué)性能以及熱變形的影響，弄清楚成分、組織和性能之間的關(guān)系，更好的為資源節(jié)約型高氮不銹鋼管坯料的成分設(shè)計(jì)、組織和性能的控制、加工工藝的確定提供理論依據(jù)，促進(jìn)高氮不銹鋼管的發(fā)展。