本发明属于合金钢加工工艺领域，涉及一种高合金钢炉底吹氮强化工艺。
背景技术：
随着金属材料构成思路的发展，传统的通过添加合金元素进行材料强化的思路正在发生转变，逐渐向节约型、洁净型、微合金化转变，特别是对一些合金元素含量较高的钢种，降低贵重合金元素含量、发掘原有合金元素潜能、通过非金属元素强化成为金属材料发展的一种趋势。
钢液中溶解的氮在凝固过程中因溶解度降低而析出，并与钢中的si、al、zr、cr等元素化合，生成sin、aln、zrn、crn等氮化物。氮化物能细化钢的晶粒，同时氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。同时，氮元素对材料亦有不利影响，在高温液态金属中可以溶解大量的氮气，而在钢凝固过程中由于氮的溶解度下降，过饱和的氮气需要以气泡的形式从金属中逸出，当液态金属的结晶速度大于气泡的逸出速度时，就会形成引起裂纹产生的气孔，因此合理控制氮元素加入量是最大化发挥氮元素的关键。
金属氮化物是n原子插入到金属晶格中所生成的一类金属间化合物，n原子的插入，致使金属晶格扩张，金属间距和晶格常数变大，金属原子间的相互作用力减弱，结构也随之变化，这种变化作用使得金属氮化物具有了特殊的物理性能，表现出共价化合物、离子晶体和过渡金属三类物质的性质，宏观体现金属氮化物硬度普遍高于金属碳化物硬度，这些性质使得含氮金属材料具有广泛的应用前景。
技术实现要素：
本发明要解决的问题是在于提供一种高合金钢炉底吹氮强化工艺，对实现旋转机构反侧力进行改进，空间紧凑，调试简单，劳动强度低，稳定性、安全性高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高合金钢炉底吹氮强化工艺，包括一下步骤：第一步：配料，根据成品铸件或零部件化学成分要求，在中频感应炉中添加废钢和合金炉料，待钢液化清、造渣处理后通过控制电柜调整中频感应炉感应电流，保持钢液出钢温度；
第二步：通氮气，在中频感应炉的底部通过吹氮装置通入氮气，通入氮气压力为0.5-0.6mpa，当cr、mn、si、ti、al总含量大于10％时，吹氮3～6min/t；当cr、mn、si、ti、al总含量小于10％时吹氮6～10min/t；
第三步：恒温和脱氧，保持钢液出钢温度静置8-10min，静置过程中根据出钢重量添加适量铝锭或脱氧剂进行2-3次脱氧处理；
第四步：出钢浇铸。
进一步的，所述吹氮装置包括透气砖、支撑底座、输气管、气流调节阀和氮气源，所述支撑底座居中设在所述中频感应炉的下端，所述氮气源通过输气管对所述中频感应炉供应氮气，所述气流调节阀设在所述输气管上且控制所述输气管的开闭，所述透气砖设在所述中频感应炉的上端。
进一步的，所述氮气源为高纯度氮气源。
进一步的，通入氮气压力为0.5-0.6mpa，当cr、mn、si、ti、al总含量大于10％时，吹氮5min/t，当cr、mn、si、ti、al总含量小于10％时吹氮8min/t。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：1、本发明强化效果好，上述工艺的实施，在合金钢中特别是高合金钢中形成了氮化物强化相，在不降低材料韧性的基础上，提升了材料的硬度及耐磨性；2、工艺简单，在实践操作中对原有铸造工艺改进较少，仅在出钢前增加了约20min的工艺操作；3、成本低，仅需对中频感应炉进行简单改造，氮气成本较低。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明吹氮装置的结构示意图。
附图标记：
1-氮气源；2-气流调节阀；3-输气管；4-支撑底座；5-中频感应炉；6-透气砖。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
本发明为一种高合金钢炉底吹氮强化工艺，包括一下步骤：第一步：配料，根据成品铸件或零部件化学成分要求，在中频感应炉5中添加废钢和合金炉料，待钢液化清、造渣处理后通过控制电柜调整中频感应炉5感应电流，保持钢液出钢温度；
第二步：通氮气，在中频感应炉5的底部通过吹氮装置通入氮气，通入氮气压力为0.5-0.6mpa，当cr、mn、si、ti、al总含量大于10％时，吹氮3～6min/t；当cr、mn、si、ti、al总含量小于10％时吹氮6～10min/t，优选地，通入氮气压力为0.5-0.6mpa，当cr、mn、si、ti、al总含量大于10％时，吹氮5min/t，当cr、mn、si、ti、al总含量小于10％时吹氮8min/t,当cr、mn、si、ti、al是与氮元素化合敏感元素，含量大于10％时，可以与氮快速反应生成氮化物，为避免过量化合氮元素，吹氮时间较短，避免凝固时氮的溶解度降低析出形成气孔，相反含量小于10％时，合金元素与氮的化合作用发生的较慢，通过吹氮时间的增加来提升氮元素溶解，实际过程中，ti、al与n元素化合作用强，当总合金元素达到10％时，n的溶解度有较大提升。
第三步：恒温和脱氧，氮气通入完成后，先关闭氮气源1，后关闭气流调节阀2，稳定感应电流，保持钢液出钢温度静置8-10min，不同的材料对应的出钢温度不同，根据材料的物理性质确定，静置过程中根据出钢重量添加适量铝锭或脱氧剂进行2-3次脱氧处理；
第四步：出钢浇铸，铸件的热处理工艺根据铸件具体成分及形状制定。
优选地，如图1所示，吹氮装置包括透气砖6、支撑底座4、输气管3、气流调节阀2和氮气源1，支撑底座4居中设在中频感应炉5的下端，氮气源1通过输气管3对中频感应炉5供应氮气，气流调节阀2设在输气管3上且控制输气管3的开闭，透气砖6设在中频感应炉5的上端；更优选地，氮气源1为高纯度氮气源1。
实施例1：
本实施例使用改造后添加吹氮装置的50kg中频感应炉5制作模具镶块，具体成分为cr12mov。
本实施例的模具镶块制备方法包括以下步骤：
①根据成分和重量要求配置炉料，化清、造渣后调节感应电流，使钢液稳定在1580℃；
②打开氮气源1和气流调节阀2，调整氮气通入压力至0.5mpa，根据第二步中的吹氮原则吹氮15s；
③关闭氮气源1和气流调节阀2，保持钢液稳定在1580℃静置10min，加入适量铝锭进行两次脱氧处理；
④出钢浇铸，冷却清砂后，进行油淬和低温回火处理。
由上述制备方法所制得模具镶块，表面硬度可达到hrc63，成型后的零件渗氮处理后硬度可达到hrc55～58之间，此制备方案的表面硬度大大提升，通过透射电镜斑点分析可检测到组织内部形成crn硬质相；磨粒磨损对比实验结果显示，进行吹氮处理的cr12mov较未进行吹氮处理的cr12mov失重比降低约15％，即抗磨损性能提升约15％。
实施例2：
本实施例使用改造后添加吹氮装置的1t中频感应炉5制作破碎机锤头，具体成分为cr26mo1。
本实施例的模具镶块制备方法包括以下步骤：
①根据成分和重量要求配置炉料，化清、造渣后调节感应电流，使钢液稳定在1600℃；
②打开氮气源1和气流调节阀2，调整氮气通入压力至0.5mpa，根据第二步中的吹氮原则吹氮5min；
③关闭氮气源1和气流调节阀2，保持钢液稳定在1600℃静置15min，加入适量铝锭进行两次脱氧处理；
④出钢浇铸，冷却清砂后，进行风冷处理。
由上述制备方法所制得破碎机锤头，表面硬度可达到hrc62，成型后的零件渗氮处理后硬度可达到hrc55～58之间，此制备方案的表面硬度大大提升，通过透射电镜斑点分析可检测到组织内部形成较多crn硬质相；磨粒磨损对比实验结果显示，进行吹氮处理的cr26mo1较未进行吹氮处理的cr26mo1失重比降低约20％，即抗磨损性能提升约20％。
本工艺中吹氮强化的工艺开创了一种全新的增氮强化工艺，不仅适用在高合金钢的生产制造，对其他钢种的增氮强化同样适用。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。