本发明涉及一种不锈钢冶炼技术，尤其是提供了一种双相不锈钢的铸坯的冶炼方法。
背景技术：
：双相不锈钢的组织为奥氏体+铁素体双相组织，具有强度高、韧性好、耐点蚀性能和耐应力腐蚀性能优异的特点，使其成为未来不锈钢发展的重要钢种之一。现有技术中，双相不锈钢中的合金元素含量高，尤其是氮元素的含量多在1500-3000ppm之间，甚至更高。氮元素的加入通常采用高压增氮或者直接加入高氮合金的方式。但是，无论采用上述哪种增氮方式，都会导致双相不锈钢的冶金质量难以控制，容易出现疏松、缩孔以及皮下气孔等缺陷。中国发明专利申请CN102888550A公开了一种高纯洁度高氮双相不锈钢的冶炼方，通过真空熔炼钢水充氮精炼的复合工艺进行高纯洁度高氮双相不锈钢的冶炼，通过控制充氮时的氮压和充氮精炼时间来调节高氮双相不锈钢的氮含量。其增氮的技术核心充氮，解决了生产成本的问题，但是，其存在控制难度高、冶金质量不稳定等问题。技术实现要素：鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种双相不锈钢的铸坯及其冶炼方法，解决了现有技术中的双相不锈钢的铸坯容易出现疏松、缩孔以及皮下气孔等缺陷的问题。本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：本发明提供了一种双相不锈钢铸坯的冶炼方法，采用真空冶炼和气氛保护电渣重熔相结合的冶炼工艺，在真空熔炼过程中，控制氩气的分压高于大气压力，在电渣重熔过程中控制氩气的压力高于大气压。进一步地，包括如下步骤：步骤1：根据双相不锈钢铸坯的目标组成，计算常压下的极限氮含量，常压下的极限氮含量乘以修正值得到氮元素的实际加入的质量百分比，修正值为0.7～0.9，根据氮元素的实际加入的质量百分比计算得到氮化铬铁合金加入量；步骤2：根据双相不锈钢铸坯的组成按质量百分比以及N元素的实际加入的质量百分比配制冶炼物料，对冶炼物料进行真空初炼，得到钢液；步骤3：对钢液进行精炼；步骤4：加压充入高于大气压的氩气；步骤5：加入提高氩气分压的原料以及根据氮含量的实际加入重量百分比计算得到的氮化铬铁合金；步骤6：控制钢液温度高于合金熔点，将钢液进行浇注成型，自然冷却，得到锭模；步骤7：对锭模进行氮气保护电渣重熔。步骤8：对电渣重熔后得到的钢液进行冷却凝固，得到双相不锈钢铸坯。进一步地，步骤1中，常压下的极限氮含量的计算公式如下：式中，为氮气分压，MPa，p0为标准大气压，MPa，为钢液中氮的活度系数；T为合金熔点，K；ω[m]为合金元素m的质量百分比，m为Cr、Ni、Mo、Mn、C、Si、P、S、Al、Ti、V、W、O中的至少一种；％N为常压下的极限氮含量。进一步地，步骤2中，真空初炼包括如下步骤：将冶炼物料装入高氮钢多功能感应炉内，抽真空至真空度＜15Pa，加热冶炼物料至出现熔池，得到钢液。进一步地，加热冶炼物料至出现熔池的过程中，高氮钢多功能感应炉的起始功率为30KW-40KW，以每5min增加5Kw的速率增大功率到70KW-80KW。进一步地，步骤3中，采用高氮钢多功能感应炉进行精炼，精炼功率为40KW-50KW，精炼时间30min～40min，真空度≤5Pa。进一步地，步骤4中，氩气压力为0.5-0.9MPa。进一步地，氩气压力采用如下公式计算：pAr为氩气分压，MPa，p0为标准大气压，MPa，为钢液中氮的活度系数；％N为常压下的极限氮含量；lgKN为平衡常数，lgKN＝1467.6/T-1.28，T为合金熔点，K。进一步地，步骤7中，氮气压力为0.1MPa～0.3MPa。进一步地，步骤8中，冷却速度为1.0℃/s～1.5℃/s。与现有技术相比，本发明有益效果如下：1)本发明提供的双相不锈钢铸坯的冶炼方法，真空冶炼可以将合金成分控制在目标范围之内，但均匀性会有差异性，结合电渣重熔后，使得均匀性进一步提升，从而提高控制精度，通过两种方法的结合取得了意想不到的有益效果。具体来说，通过真空冶炼工艺对合金元素进行初步熔炼，但是，得到的初级铸坯的皮下气孔比较严重，存在组织疏松、缩孔和皮下气孔等缺陷；然后，通过气氛保护电渣重熔工艺对上述初级铸坯进一步加工，在气氛保护电渣重熔过程中进行脱氧、脱气降低非金属夹杂物形成条件，使得初级铸坯中的大颗粒非金属夹杂物减少，其组织变得致密，合金成分分布均匀，尤其是，气氛保护电渣重熔能够让氮元素重新固溶到重熔液滴中，消除真空基体缺陷，从而减少初级铸坯的组织疏松、缩孔和皮下气孔等缺陷，提高铸坯内部和表面质量，提高成分控制精度，在保证双相不锈钢铸坯具有较高的氮收得率的同时，保证上述双相不锈钢铸坯的冶炼方法能够稳定地保持较高的成材率。2)本发明提供的双相不锈钢铸坯的冶炼方法，通过气氛保护电渣重熔工艺提高铸坯组织的致密性和合金成分分布的均匀性，还可以使得铸坯能够在较宽的温度区间内保持良好的加工塑性和韧性，从而能够适应较小的加工压缩比。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。图1为本发明实施例一提供的双相不锈钢真空熔炼后的铸坯的皮下示意图；图2为本发明实施例一提供的双相不锈钢气氛保护电渣重熔后的铸坯的外观示意图；图3为本发明实施例一提供的双相不锈钢气氛保护电渣重熔后的铸坯的皮下示意图；图4为本发明实施例一提供的双相不锈钢气氛保护电渣重熔后的铸坯的内部组织均匀性示意图；图5为本发明实施例二提供的双相不锈钢气氛保护电渣重熔后的铸坯的外观示意图；图6为本发明实施例二提供的双相不锈钢气氛保护电渣重熔后的铸坯的皮下示意图。具体实施方式下面具体描述本发明的优选实施例。第一方面，本发明提供了一种双相不锈钢铸坯的冶炼方法，采用真空冶炼和气氛保护电渣重熔相结合的冶炼工艺。与现有技术相比，本发明提供的双相不锈钢铸坯的冶炼方法，真空冶炼可以将合金成分控制在目标范围之内，但均匀性会有差异性，结合电渣重熔后，使得均匀性进一步提升，从而提高控制精度，通过两种方法的结合取得了意想不到的有益效果。具体来说，通过真空冶炼工艺对合金元素进行初步熔炼，但是，得到的初级铸坯的皮下气孔比较严重，存在组织疏松、缩孔和皮下气孔等缺陷；然后，通过气氛保护电渣重熔工艺对上述初级铸坯进一步加工，在气氛保护电渣重熔过程中进行脱氧、脱气降低非金属夹杂物形成条件，使得初级铸坯中的大颗粒非金属夹杂物减少，其组织变得致密，合金成分分布均匀，尤其是，气氛保护电渣重熔能够让氮元素重新固溶到重熔液滴中，消除真空基体缺陷，从而减少初级铸坯的组织疏松、缩孔和皮下气孔等缺陷，提高铸坯内部和表面质量，提高成分控制精度，在保证双相不锈钢铸坯具有较高的氮收得率的同时，保证上述双相不锈钢铸坯的冶炼方法能够稳定地保持较高的成材率。同时，通过气氛保护电渣重熔工艺提高铸坯组织的致密性和合金成分分布的均匀性，还可以使得铸坯能够在较宽的温度区间内保持良好的加工塑性和韧性，从而能够适应较小的加工压缩比。考虑到上述双相不锈钢铸坯的组成会影响铸坯的最终质量，示例性地，上述双相不锈钢铸坯的组成按质量百分比为：C0.02～0.03％，Mn0.6～0.75％，Si0.40～0.48％，Cr21.0～25.5％，Ni5.80～7.26％，Mo3.50～4.20％，N0.18～0.35％，余量为Fe以及不可避免的杂质。具体来说，上述双相不锈钢铸坯的冶炼方法包括如下步骤：步骤1：根据双相不锈钢铸坯的组成，计算常压下的极限氮含量，常压下的极限氮含量乘以修正值得到氮元素的实际加入的质量百分比，修正值为0.7～0.9，根据氮元素的实际加入的质量百分比计算得到氮化铬铁合金加入量。其中，常压下的极限氮含量的计算公式如下：式中，为氮气分压，MPa，p0为标准大气压，MPa，为钢液中氮的活度系数；T为合金熔点，K；ω[m]为合金元素m的质量百分比，m为Cr、Ni、Mo、Mn、C、Si、P、S、Al、Ti、V、W、O中的至少一种；％N为常压下的极限氮含量，也就是常压下氮的饱和量。步骤2：根据双相不锈钢铸坯的组成按质量百分比以及N元素的实际加入的质量百分比配制冶炼物料，将冶炼物料装入高氮钢多功能感应炉内，抽真空至真空度＜15Pa，送电加热冶炼物料，高氮钢多功能感应炉的起始功率为30KW-40KW，以每5min增加5Kw的速率，增大功率到70KW-80KW，真空冶炼至出现熔池，控制功率稳定，避免喷溅，得到钢液。需要说明的是，高氮钢多功能感应炉是一种特定炉型，本领域技术人员可以通过控制高氮钢多功能感应炉的功率参数来实现对冶炼物料进行真空冶炼。步骤3：对钢液进行精炼，精炼功率为40KW-50KW，精炼时间30min～40min，真空度≤5Pa，去除钢中O、H、N等杂质气体元素。步骤4：向炉内加压充入高于大气压的氩气，从而提高N在钢液中的溶解度，确保N的收得率，这是本工艺与常规工艺的区别之处。示例性地，氩气压力为0.5-0.9MPa，具体来说，上述氩气压力可以采用如下公式计算：pAr为氩气分压，MPa，p0为标准大气压，MPa，为钢液中氮的活度系数；％N为常压下的极限氮含量；lgKN为平衡常数，lgKN＝1467.6/T-1.28，T为合金熔点，K；。步骤5：加入提高氩气分压的原料(指的是含有挥发元素的原料，熔化后挥发增加氩气分压)以及根据氮含量的实际加入重量百分比计算得到的氮化铬铁合金；步骤6：加入脱氧剂，控制钢液温度比合金熔点高100～150℃，从而提高钢液流动性更好，减少缩孔深度，将钢液带电浇入锭模中，进行浇注成型，自然冷却，放气破空，打开炉盖，得到锭模；步骤7：对锭模进行氮气保护电渣重熔，全程氮气保护，氮气压力0.1～0.3MPa(例如，0.2MPa)，流量25NL/min；电渣重熔的熔炼期采用恒熔速控制熔炼，熔速控制方程V＝0.7×DKg/h，D为水冷结晶器的尺寸，单位mm。钢液在水冷结晶器内凝固，冷却速度快，达到1.0℃/s～1.5℃/s。选择结晶不能充分发展，使钢锭成分偏析小，而且钢的结晶是由下而上逐次进行，组织均匀，没有疏松、缩孔和皮下气孔等缺陷。在上述冶炼方法中，难点在于真空冶炼过程中N元素的收得率、N元素偏析以及电渣过程中抑制N元素挥发。本发明通过在真空熔炼过程中控制炉内氩气的分压(步骤4)控制N元素的收得率，通过控制熔炼功率(步骤2-3)控制N元素偏析，通过在电渣重熔过程中保护气氛的压力(步骤7)进而抑制电渣重熔过程中N元素挥发，从而在保证双相不锈钢铸坯具有较高的氮收得率的同时，保证上述双相不锈钢铸坯的冶炼方法能够稳定地保持较高的成材率。实施例1设备采用50Kg多功能感应熔炼炉，极限真空度为6.67×10-2Pa，电源功率为160KW，频率为2500Hz，装炉量为36Kg。1#试验钢冶炼目标成分如表1所示。表1：1#试验钢成分控制范围及控制目标CMnSiCrNiMoN目标成分0.020.60.425.57.264.200.35具体步骤如下：(1)将纯铁、金属铬、镍、钼、钒、坩埚碳装入炉内。氮化铬铁、锰、碳、硅、脱氧剂装入料仓。(2)对多功能感应炉熔炼室进行抽空，真空度小于15Pa时开始送电加热炉料，功率40KW，以每5min增加5Kw的速率，逐步增大功率到70KW。(3)炉料化清出现熔池后，控制功率，避免喷溅，真空度逐步降低。(4)调低功率，进入精炼，精炼10Min，真空度≤5Pa，脱O、N、H等。(5)合金化：由加料口分步加入部分脱氧剂。(6)调节炉内氩气压力至0.6MPa。(7)加入氮化铬铁、锰、碳、硅。(8)加入最终脱氧剂，控制钢液温度1500-1530℃，为避免注温下降和氧化膜混入注流中，带电浇入锭模，自然降温5min。(9)放气，破空，打开炉盖取出锭模。(10)根据成品定型，将4根钢锭焊接在一起，进行氮气保护电渣重熔。(11)开始电渣重熔，大部分工艺参数为常规工艺参数，其中几个不同的要点：①需要全程氮气保护，压力0.2MPa，流量25NL/min②熔炼期采用恒熔速冶炼，熔速控制方程V＝0.7×DKg/h，D为结晶器尺寸，单位mm。图1为仅采用真空冶炼钢锭，从图1可以看出，皮下气泡很多，严重影响成材率。表2：1#试验钢的实测化学成分(％)CMnSiCrNiMoN0.020.70.4525.326.34.120.32图2-3为本实施例采用真空熔炼和电渣锭成品，从图2-3可以看出，没有皮下气泡。分析成分后，N收得率为99％，基本无偏析。从图4电渣锭低倍可以看出，未发现缩孔、疏松、白点等冶金缺陷。投入料为144Kg，电渣锭半成品重量为126Kg，电渣锭外表无皮下气泡，两端无缩孔、疏松。实施例2设备采用200Kg多功能感应熔炼炉，极限真空度为6.67×10-2Pa，电源功率为200KW，频率为2000Hz，装炉量为160Kg。2#试验钢冶炼目标成分见表3。表3：2#成分控制范围及控制目标CMnSiCrNiMoN目标成分0.020.60.421.06.03.500.20具体步骤如下：(1)将纯铁、金属铬、镍、钼、钒、坩埚碳装入炉内。氮化铬铁、锰、碳、硅、脱氧剂装入料仓。(2)对多功能感应炉熔炼室进行抽空，真空度小于15Pa时开始送电加热炉料，功率50KW，以每5min增加10Kw的速率，逐步增大功率到150KW。(3)炉料化清出现熔池后，控制功率，避免喷溅，真空度逐步降低。(4)调低功率，进入精炼，精炼10Min，真空度≤5Pa，脱O、N、H等。(5)合金化：由加料口分步加入部分脱氧剂。(6)调节炉内氩气压力至0.5MPa。(7)加入氮化铬铁、锰、碳、硅。(8)加入最终脱氧剂，控制钢液温度1500-1530℃，为避免注温下降和氧化膜混入注流中，带电浇入锭模，降温5min。(9)放气，破空，打开炉盖取出锭模。(10)根据成品定型，将钢锭进行氮气保护电渣重熔。(11)开始电渣重熔，大部分工艺参数为常规工艺参数，其中几个不同的要点：①需要全程氮气保护，压力0.2MPa，流量25NL/min②熔炼期采用恒熔速冶炼，熔速控制方程V＝0.7×DKg/h，D为结晶器尺寸，单位mm。表4：成品钢的化学成分(％)CMnSiCrNiMoN0.030.750.4822.55.803.800.18图5-6为本实施例采用真空熔炼和电渣锭成品，从图5-6没有皮下气泡。投入料为160Kg，电渣锭半成品重量为140Kg，电渣锭外表无皮下气泡，两端无缩孔、疏松。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3