氮含量0.4%以下的中低氮不锈钢的冶炼难点是如何精确控制钢液中的氮含量。由于氮在钢中的溶解度有限(<0.15%),而加进铬和锰能进步其溶解度,加进镍和碳能减少其溶解度。在大气冶炼条件下,氮通常以Cr-N或Mn-N合金形式加进钢中,但回收率很难正确控制,一般以为氮含量超过0.2%对冶炼操纵极为不利。
而氩-氧精炼,加压电渣熔炼,平衡压力浇铸等技术的发展和应用,使正确控制钢中氮含量,用氮来控制钢中的组织成为现实。研究成果表明,适当调整不锈钢成分,特别是铬或锰的配比,能将钢中的氮含量稳定在0.4%左右。
相关试验中低氮不锈钢的增氮工艺为:冶炼时,原料Cr22Ni9等在真空感应炉真空条件下熔化和精炼,精炼末期关掉真空泵,充裕氮气或氩气加压,然后加进氮化铬(56.2%Cr,7.33%N),待其全部熔化并保持10min出钢,真空下浇注,保持压力不变到注锭凝固。
由最后的钢锭取样分析知,气氛类型对钢中氮回收率产生的影响,在氮气气氛下,填加氮化合金,氮回收率达100%,而在氩气气氛下,加进氮化合金,氮回收率小于15%。
钢液温度及加进方法对氮回收率的影响。对奥氏体钢,钢液温度低,不利于氮化铬溶解,影响氮回收率。未经破碎一次加进和破碎后分批加进方式相比,采用后者氮回收率进步。
故而中低氮不锈钢的增氮时,应采取合适的温度,采用氮气保护气氛下添加小粒度氮化合金。并且,增加充氮压力以进步氮饱和溶解度,当饱和溶解度大于加进的氮含量时,可100%回收。