450?1490°C时，炉内压力控制为70Pa?85Pa后视为结束脱碳；
2)用脱碳铬铁块直接进行渗氮制备高氮铬铁中间体:向炉内压力为70?85Pa、炉温为1450?1470°C的真空加热炉内通入渗氮气体进行渗氮，渗氮气体为50%氮气+50%氨气的混合渗氮气，渗氮气体通入流量再渗氮时间内从0.0lmVmin逐渐增大流量至1.2m3/min,炉内压力逐渐增加至0.2MPa，炉温先自然降温至620°C并控制在600?620°C内保持5小时，然后再升温至1200°C并在1150°C?1200°C内保持2小时，然后再自然降温至500°C视为渗氮完成并出炉，渗氮总时间为9小时，检测获得高氮铬铁中间体总重量为381kg，其中碳为0.01wt%，氮为 11.6wt%，铬为 62.2wt%，铬损失约 7.5% ；
3)用高氮铬铁中间体熔炼高氮合金熔体与实施例2相同；
4)熔炼高氮钢与浇注:将210kg固态金属锰入高氮合金熔体内，保持熔体温度在1450 ?1500°C 内，再加入钥铁 35kg,、铌铁(Nb 为 65wt%) 1.5kg、钒铁(V 为 50wt%) 2kg，然后加入工业纯铁460kg ;保持熔体温度在1500?1550°C内，待全部熔化后继续加热15min并脱氧除渣，再升温至1620°C出炉浇注。检测获得高氮钢总重量为1010.5kg，其中铬为19.5wt%,锰为 19.8wt%,铁为 57wt%,氮含量为 1.12wt%,碳含量为 0.02wt%,钥为 2.09wt%,铌为 0.01wt%，钒为 0.01wt%，其它 0.5wt%0
【主权项】
1.一种用含碳铬铁制造高氮钢的方法，其特征在于:先用含碳铬铁和用含碳铬铁焙烧获得的降碳氧化铬铁及渗氮气体制备高氮铬铁中间体，再用高氮铬铁中间体制取高氮钢，其具体步骤如下: 1)用含碳铬铁粉进行真空脱碳制备微碳铬铁:将150目?250目含碳铬铁粉与150?250目降碳氧化铬铁粉按碳与氧摩尔比1:1?1: 1.5进行配比计算，再添加粘结剂并进行均匀混合，然后将混合的粉体压成块状或球状体并低温干燥制成含碳铬铁料块；把含碳铬铁料块装入真空加热炉，开始升温到900?1200°C以上时，使炉内压力彡800Pa，再继续升温至1200?1500°C范围内，使炉内压力< 500Pa，保持含碳铬铁料块不发生熔化；经5?80小时，控制炉内压力降至< lOOPa，再停留O?5小时后，即完成脱碳工序，得到脱碳铬铁块；继续保持温度为1200?1500°C和炉内压力彡10Pa ； 2)用脱碳铬铁块直接制备高氮铬铁中间体:经脱碳工序得到的脱碳铬铁块，在保持炉温1200?1500°C和炉内压力彡10Pa下，直接向炉内通入渗氮气体对脱碳铬铁块进行渗氮，渗氮气体通入流量按每吨脱碳铬铁块0.01?2.0m3/min，渗氮过程的炉温从1200?1500°C控制降温至300?1200°C，渗氮过程的炉内压力由彡10Pa逐渐增加并保持渗氮炉内压力在0.1?0.5MPa范围内，渗氮时间为2?20小时，当不再补充渗氮气体情况下炉内压力稳定不变时，即完成渗氮工序，出炉得到高氮铬铁中间体；检测可获得的高氮铬铁中间体氮含量为7?13wt%、碳含量0.005?0.lwt%、铬含量为60?75wt% ； 3)用高氮铬铁中间体熔炼高氮合金熔体:将块状高氮铬铁中间体及氮化金属锰加入感应熔化炉内熔化为熔体，其中氮化金属锰的加入量为O?50wt%，保持熔体温度在1450?1650°C范围内使熔体中的氮部分逸出，当检验熔体氮含量降到2?6wt%时，得到高氮合金熔体，保持其熔体在1450?1600°C的能够维持熔体状态的较低温度范围； 4)熔炼高氮钢与浇注:将金属锰和金属铁及其它合金元素加入到高氮合金熔体中，其金属锰占高氮钢熔体总量的5?30wt%，金属铁占高氮钢熔体总量的30?60wt%，高氮合金熔体量占高氮钢熔体总量的20?50wt%,其它合金元素包括钥、银、镍、铜、钛、I凡、稀土等共占高氮钢熔体总量不大于10wt%，加入各金属及合金过程中保持熔体温度为1400?1600 0C ;待熔体中固态物完全熔化后继续加热O?30min并保持熔体温度为1400?1600°C，进行脱氧、硫、磷及除渣，再升温至1500?1680°C出炉浇注。
2.根据权利要求1所述的一种用含碳铬铁制造高氮钢的方法，其特征在于所述的含碳铬铁粉是铬含量50?75 wt%的高碳铬铁粉(碳含量4?10 wt%)或为中碳铬铁粉(碳含量0.5?4wt%)或为低碳铬铁粉(碳含量0.15?0.5 wt%)或为上述三种含碳铬铁粉的混合粉体。
3.根据权利要求1所述的一种用含碳铬铁制造高氮钢的方法，其特征在于所述的渗氮过程的炉温从1200?1500°C控制降温至300?1200°C是指:把脱碳铬铁块在炉内自然降温。
4.根据权利要求1所述的一种用含碳铬铁制造高氮钢的方法，其特征在于所述的渗氮过程的炉温从1200?1500°C控制降温至300?1200°C是指:把脱碳铬铁块在炉内自然降温至800?1250°C并在该温度区任意温度下保温不超过5小时，然后再自然降温至300?500。。。
5.根据权利要求1所述的一种用含碳铬铁制造高氮钢的方法，其特征在于所述的渗氮过程的炉温从1200?1500°C控制降温至300?1200°C是指:把脱碳铬铁块在炉内自然降温至500?800°C并在该温度区任意温度下保温不超过8小时，然后再自然降温至300?500。。。
6.根据权利要求1所述的一种用含碳铬铁制造高氮钢的方法，其特征在于所述的渗氮过程的炉温从1200?1500°C控制降温至300?1200°C是指:把脱碳铬铁块在炉内自然降温至800?1250°C并在该温度区任意温度下保温不超过5小时，然后再自然降温至500?800°C并在该温度区任意温度下保温不超过8小时，然后再自然降温至300?500°C。
7.根据权利要求1所述的一种用含碳铬铁制造高氮钢的方法，其特征在于所述的渗氮过程的炉温从1200?1500°C控制降温至300?500°C是指:把脱碳铬铁块在炉内自然降温至500?800°C并在该温度区任意温度下保温不超过8小时，然后再升温至800?1250°C并在该温度区任意温度下保温不超过5小时，然后再自然降温至300?500°C。
8.根据权利要求1所述的一种用含碳铬铁制造高氮钢的方法，其特征在于所述的保持渗氮炉内压力在0.1?0.5MPa范围内是指炉内压力在该范围内一次或多次调整变化为从高压降到低压再升到高压的压力变化。
9.根据权利要求1所述的一种用含碳铬铁制造高氮钢的方法，其特征在于所述的渗氮气体可为氮气或氨气或两者的混合气。
10.根据权利要求1所述的一种用含碳铬铁制造高氮钢的方法，其特征在于所述的金属锰是碳含量< 0.lwt%金属锰或锰铁合金，包括电解金属锰、电解重熔法金属锰、电硅热法金属锰、微碳锰铁及氮含量< 7wt%的含氮金属锰。
11.根据权利要求1所述的一种用含碳铬铁制造高氮钢的方法，其特征在于所述的金属锰可以是熔化态金属锰或者是固态金属锰，其中: 1)熔化态金属锰包括:①将金属锰在无氧化气氛下重熔的熔体；②将金属锰在无氧化气氛下重熔再吹入渗氮气后得到的含氮金属锰熔体；③将金属锰经的真空熔炼的熔体将金属锰经真空熔炼再吹入渗氮气后得到的含氮金属锰熔体； 2)固态金属锰除电解金属锰外还包括:①将金属锰在无氧化气氛下重熔后浇注的固态金属锰将金属锰在无氧化气氛下重熔再吹入渗氮气后浇注的固态含氮金属锰；③将金属锰经真空熔炼后浇注的固态金属锰；④将金属锰经真空熔炼再吹入渗氮气后浇注的固态含氮金属锰。
12.根据权利要求1所述的一种用含碳铬铁制造高氮钢的方法，其特征在于所述的加入到高氮合金熔体的金属铁可以是金属铁熔体或是固态金属铁，其材质可以是工业纯铁，也可以是碳含量< 0.lwt%的铁基合金。
13.根据权利要求1所述的一种用含碳铬铁制造高氮钢的方法，其特征在于所述熔炼高氮钢熔体过程中进行脱氧、硫、磷是采用含镁、钙包芯线喂线法。
【专利摘要】本发明提供一种用含碳铬铁原料制备高氮铬铁中间体并用高氮铬铁中间体直接制造高氮钢方法，可以有效地控制高氮钢的化学成分，保证较低的碳含量和较高且可控制的氮含量，较容易控制熔炼不同氮含量及不同成分要求的高氮钢并可达到精炼效果，冶炼过程有利于高氮合金与其它金属及合金的平稳熔解，减少氮逸出，可得到氮含量较高且稳定的高氮钢熔体，进而得到的高氮钢坯氮含量高、内部气泡少，并可降低制造成本。
【IPC分类】C22C33-06
【公开号】CN104862577
【申请号】CN201410538824
【发明人】王淮, 孙岩铎
【申请人】长春工业大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2014年10月14日