諸因素對(duì)真空感應(yīng)爐冶煉高氮鋼過(guò)程的影響

  制約含氮鋼應(yīng)用的一個(gè)重要因素就是其冶煉問(wèn)題。由于氮是氣體元素，在鋼中的溶解度較低，目前高氮鋼的冶煉通常采用加壓電渣重熔和反壓鑄造等工藝來(lái)完成，其它還有采用熱等靜壓熔煉、加壓感應(yīng)熔煉及粉末冶金等方法，這些冶煉工藝均需要特殊的設(shè)備，成本較高。如何采取經(jīng)濟(jì)有效的方法來(lái)冶煉高氮鋼一直備受關(guān)注。中國(guó)科學(xué)院金屬所新近提出了直接采用真空感應(yīng)爐來(lái)冶煉中高氮鋼的技術(shù)路線。用這種工藝，不加正壓，可以冶煉出氮含量在0.5%左右的高氮鋼，而且可以有效地控制鋼中的雜質(zhì)元素含量。目前正在對(duì)真空感應(yīng)爐冶煉高氮鋼過(guò)程中各種影響因素作進(jìn)一步研究。

　　一．合金元素對(duì)氮含量的影響。氮在鐵合金溶液中的溶解度受其它合金成分影響較大。不同合金對(duì)氮在鋼中的溶解度有不同的作用系數(shù)，Cr、Mn、Mo、V、Nb等元素增加氮的溶解度，而Ni、Cu、Si、C等元素降低氮的溶解度。用活度系數(shù)可以有效地衡量各種元素對(duì)氮在鋼液中溶解度的影響。根據(jù)目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，鋼中加入的鉻或錳能有效地提高氮的溶解度。

　　二．添加氮化物種類及方法的影響。利用真空感應(yīng)爐冶煉高氮鋼，主要通過(guò)加入氮化物進(jìn)行氮的合金化。由于真空感應(yīng)爐冶煉體系是一個(gè)低氣壓系統(tǒng)，氮化物在鋼液中的大量熔化和溶解勢(shì)必造成氮在鋼液表面的溢出。如果過(guò)早地加入氮化物，溶解在鋼液中的氮會(huì)不斷地參與鋼液表面的溢出反應(yīng)，使鋼液中溶解的氮越來(lái)越少。另外，如果氮化物熔化溫度超過(guò)鋼液溫度，必然會(huì)延長(zhǎng)熔化時(shí)間，較高的熔化溫度又會(huì)促使氮從鋼液中溢出。當(dāng)?shù)锶刍瘻囟容^低時(shí)(低于鋼液溫度)，氮化物加入到鋼液中就會(huì)迅速熔化，并被攪拌均勻；由于時(shí)間較短，鋼液中溶解的大量過(guò)飽和氮在澆鑄成鋼錠以前來(lái)不及大量溢出而被留在鋼液中，從而得到較高的氮含量。在氮化錳、氮化鉻、氮化硅等幾種氮化合金中，只有氮化錳的熔化溫度較低，約1200℃左右，而氮化鉻、氮化硅的熔化溫度都在1600℃以上。所以在使用真空感應(yīng)爐冶煉高氮鋼時(shí)，以使用氮化錳為宜。

　　三．冶煉參數(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)表明，隨著溫度的升高，氮在鋼中的溶解度反而下降了，這可能是由于鋼中合金元素的相互作用引起的。因此冶煉時(shí)控制好鋼液溫度以及出鋼溫度是保證鋼液中氮含量的一個(gè)重要因素。另外，真空爐的一些規(guī)格和參數(shù)(如爐腔的容積、冶煉用坩堝的規(guī)格等)都在一定程度上影響到氮在鋼液中的含量。爐腔小，在壓力不變的情況下，可以減少氮向爐腔的擴(kuò)散；坩堝的內(nèi)徑越小，鋼液和外界接觸的比表面積越小，氮參與溢出反應(yīng)的機(jī)會(huì)越小，都有利于保持鋼液中較高的氮含量。還有，當(dāng)鋼中含有大量的氧時(shí)，使用碳脫氧生成的CO氣體很容易誘發(fā)溶解在鋼液中的氮形成氣泡而溢出，不利于獲得較高氮含量