18CrNiMo7?6钢的吹氮合金化方法
【专利摘要】本发明公开了18CrNiMo7?6钢的吹氮合金化方法，包括如下步骤：冶炼，在LF炉中控制钢液中除氮元素以外的成分符合18CrNiMo7?6钢的要求范围，并通过精炼将硫含量降低至0.005％以下；在VD炉内真空处理；真空处理完毕后，VD炉内钢液中氮含量为0.0050～0.0070％，在钢液温度1600～1610℃条件下底吹氮气进行吹氮合金化，吹氮压力为0.2～0.6MPa，氮气增氮系数为3.0～3.3×10?8％/L/t，将钢液中氮含量控制在0.0090～0.0180％；吹氮完毕后钢包底吹氩气充分搅拌。本发明将氮含量精确控制在18CrNiMo7?6钢的要求范围内，并显著提高了氮含量控制精度。
【专利说明】
18CrN i Mo7-6钢的吹氮合金化方法
技术领域
[0001]本发明设及冶金行业合金结构钢的冶炼技术，具体设及18CrNiMo7-6钢的吹氮合 金化方法。
【背景技术】
[0002] 18化NiMo7-6钢是一种制造风电和工业渗碳齿轮用钢，主要成分的质量百分数为：
[0003] [C]0.10%~0.25%-[Si]0.00%~0.40%-[Mn]0.50%~0.70%-[P]0.000%~ 0.015%-[S]0.000%~0.010%-[Cr]1.50%~1.80%-Wi]1.40%~1.70%-[Mo]0.25~ 0.35%-[Al]0.020% ~0.050%-[N]0.0090 ~0.0180%。
[0004] 该18化NiMo7-6钢的常规生产工艺流程为:炼钢厂EAF(电炉)+LF炉(钢包炉)+VD炉 (真空脱气炉下注3.7t或5.9t、或13.5t锭^冷送快锻(或快径锻联合作业)成材（13.5t 可溫送锻材热装扩氨退火^超声波探伤^表面研磨精整^成品检验^合格入库。
[0005] 18CrNiMo7-6钢的常规氮合金化的生产方法为:VD炉真空处理完毕后向钢液中加 入氮化铭合金(NCr)，该氮合金化方法存在如下问题：
[0006] (1)导致钢中夹杂物增加污染钢液；
[0007] (2)向钢液中带入水分引起氨含量增加，导致材料白点缺陷，因此，氮化铭合金必 须经过充分烘烤；
[000引（3)氮化铭合金中主元素含量为氮9%、铭65%，加入钢液的氮元素收得率为30%。 向钢液中加入必须考虑到增加铭含量和氮元素收得率。
[0009] 另外，现有VD真空处理完毕后向钢液中加入氮化铭合金的方法，由于氮化铭合金 价格昂贵(氮化铭铁每吨1万多元），合金化时氮的收得率较低，钢中氮含量不易控制，另外 氮化铭合金一般杂质含量较高，污染钢液，不利于18CrNiMo7-6钢的冶金质量控制和成本控 制。
[0010] 中国专利CN201110364283.4公开了 18化NiMo7-6大型齿轮钢锻件制造方法，其氮 合金化的方法采用解除真空后加 NCr，NCr必须充分烘烤，不考虑炉中N按0.007%计算加入。
[0011] 利用资源丰富且廉价的氮气作原料，通过向钢液吹氮进行合金化，可大幅度降低 钢的生产成本。但现有吹氮合金化方法存在氮含量控制精度不高的缺陷。中国专利 CN200810034823.0公开了一种钢包炉用氮气进行氮合金化工艺，该工艺是在LF炉(钢包炉） 冶炼含氮不诱钢过程中，对LF炉底吹氮气进行微合金化处理，其钢中氮含量范围为0.03~ 0.80%，可控制氮含量在目标值±50ppm。但该工艺控制氮含量明显高于18化NiMo7-6钢中 氮含量要求，且由于钢液中合金元素的含量与氮的活动相互作用系数[% j]影响氮在钢液 中溶解度，所W由于钢种成分不同，氮在相应钢种中的溶解度不同。因此，按照现有吹氮工 艺无法精确控制18化NiMo7-6钢中氮含量。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于提供18CrNiMo7-6钢的吹氮合金化方法，该方法将钢液中氮含 量精确控制在0.0090~0.0180%范围内，并提高氮含量控制精度，适用于18化NiMo7-6钢冶 炼。
[0013]为达到上述目的，本发明的技术方案是：
[0014] 本发明所述18化NiMo7-6钢的吹氮合金化方法，包括如下步骤：
[001引1)冶炼，在LF炉（钢包炉）中控制钢液中除氮元素 W外的成分符合18CrNiMo7-6钢 的要求范围，并通过LF炉精炼将硫含量降低至0.005 % W下；
[0016] 2)在VD炉(真空脱气炉）内进行真空处理，并结合钢包底吹氣气进行真空脱气；
[0017] 3)真空处理完毕后，VD炉内钢液中氮含量为0.0050~0.0070%，在钢液溫度1600 ~1610°C条件下底吹氮气进行吹氮合金化，吹氮压力为0.2~0.6MPa，氮气增氮系数为3.0 ~3.3 X l(rS%/L/t，将钢液中氮含量控制在0.0090~0.0180% ;
[0018] 4)吹氮完毕后VD炉底吹氣气充分揽拌。
[0019] 进一步，步骤2)中，VD炉内真空处理条件为在真空度《66.7化保持15~20min。
[0020] 步骤4)VD炉底吹氣气充分揽拌后取样分析，如果氮含量未达到目标值，则重复步 骤3)进行补吹氮气。
[0021] 本发明在精炼过程中将硫含量降低至0.005% W下，W提高后续吹氮合金化的氮 向钢液的溶解速度。因为氮在钢液表面的吸附反应速度除受溫度等影响外，钢液成分特别 是氧和硫等表面活性物质对其的影响很大，例如，氮在钢液中同硫的吸附反应式:N+S = NS， 式中S、NS分别为钢液表面未被吸附物硫(S)占据的活性点和氮(N)占据的活性点。当钢液中 硫含量较低时，钢液表面未被吸附物占据的活性点S很少，氮同硫的吸附反应则大幅度降 低，则氮可由气相直接向钢液进行传质，提高了氮的溶解速度。例如，当钢液中硫从0.025% 降至0.002%时，氮的溶解速度可增加2.7倍。
[0022] 本发明在控制钢液溫度为1600~1610°C，吹氮压力为0.2~0.6MPa条件下，根据钢 液中各元素与氮元素的活度相互作用系数，按18CrNiMo7-6钢的成分计算出氮在钢液中溶 解度可达到0.0226~0.0376%，大于18化NiMo7-6钢的标准氮含量要求。所W，本发明通过 控制钢液溫度和吹氮压力可提高VD炉中向钢液吹氮合金化的增氮效率。
[0023] 根据18化MM07-6钢的生产经验和实际吹氮合金化的氮元素收得率，本发明控制 氮气增氮系数为3.0~3.3 X l(T8%/L/t，可W将18CrNiMo7-6钢氮含量控制在要求范围内即 0.0090~0.0180%，并提高氮含量的控制精度。
[0024] 注:本发明设及的各元素含量均指质量百分数。
[00巧]本发明的有益效果：
[00%] (1)本发明采用氮气(化)替代氮化铭合金(N化），在生产18化NiMo7-6钢过程中，于 VD炉真空处理完毕后底吹氮气进行氮合金化，在VD炉内将氮含量控制在18CrNiMo7-6钢的 技术要求范围之内即N:0.0090~0.0180%，大大提高了控制精度，从而显著提高钢水质量， 大幅降低生产成本。
[0027] (2)本发明实际生产表明：18CrNiMo7-6钢吹氮合金化的作用相当明显，生产出 18化NiMo7-6钢的氮含量符合要求。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合实施例对本发明做进一步说明。
[0029] 实施例采用本发明的冶炼工艺和探伤结果
[0030] 本发明实施例的冶炼工艺包括如下步骤：
[0031] 1)40吨LF炉(钢包炉)对钢液的溫度和化学成分进行调整，使钢液中除氨、氮元素 W外的化学元素成份符合18CrNiMo7-6钢要求范围。通过LF炉精炼将硫含量降低至0.005% W下，W提高后续吹氮合金化的氮向钢液的溶解速度。
[0032] 2)40吨VD炉（真空脱气炉）真空处理，于真空度66.7化W下保持15~20分钟，结合 钢包底吹氣气进行真空脱气。
[0033] 3)40吨VD炉真空处理完毕后，在钢液溫度1600~1610°C下钢包底吹氮气进行吹氮 合金化，将氮含量控制在18化NiMo7-6钢技术要求范围内（[N]0.0090~0.0180% )。
[0034] 4)吹氮完毕后钢包底吹氣气充分揽拌后取样分析。
[0035] 具体工艺要求如下：
[0036] 1、LF炉工艺要求
[0037] a)LF炉脱氧工作做好，造白渣，造渣脱氧使用Si化粉、C粉；
[0038] b)成份按目标成份调整和控制；
[0039] c)LF炉向VD炉吊包前[S]含量至0.000~0.005% ;
[0040] d)向 VD 炉吊包溫度：1670 ~1685°C;
[0041 ] e)喂 A1 至0.055 ~0.065%。
[0042] 2、VD炉工艺要求
[0043] a)进累时间3~8min，真空度66.7化W下保持时间15~20min;
[0044] b)真空处理过程中钢包底吹氣气；
[0045] C)退累后测溫1600~1610°C，钢包底吹切换氮气，向钢液进行吹氮合金化，按要求 成分控制；
[0046] d)吹氮处理前钢液氮含量0.0060%;
[0047] e)吹氮完毕后钢包底吹氣气揽拌5分钟后测溫取样分析。
[004引 f)底吹氣弱揽拌时间10~20分钟；
[0049] g)吊包溫度：1565~1575°C。
[0050] 3、进行模铸诱铸成钢锭，诱铸时使用氣气保护诱注。
[0051 ]本发明实施例1-5的加入化量及成品中氮含量等参数参见表1。
[0化2] 表1
[0化3]
[0054] 注:本发明采用中华人民共和国国家标准"钢铁中的氮含量测定-惰性气体烙融热 导法"，标准号GB/T201224-2006,根据上述标准中的规定测定18化NiMo7-6钢中的氮元素含 量。
[0055] 由表1可知，本发明在VD炉内可将钢液中N含量精确控制在18CrNiMo7-6钢要求范 围之内即N:0.0090~0.0180%，提高了控制精度，从而显著提高钢水质量，大幅降低生产成 本。
[0化6]对比例在18化NiMo7-6钢的原冶炼工艺和探伤结果：
[0化7]原冶炼工艺包括如下步骤：
[005引1)40吨LF炉(钢包炉)对钢液的溫度和化学成分进行调整，使钢液中除侣、氨、氮元 素 W外的化学元素成份符合18化NiMo7-6钢技术要求范围。
[0059] 2)40吨VD炉(真空脱气炉)真空处理完毕后，向钢液中加入氮化铭合金，取样分析。
[0060] 3)根据试样分析的氮含量，向钢液中加入氮化铭合金，将氮含量控制在技术要求 范围之内（[N]0.0090~0.0180%)。
[0061] 具体工艺要求如下：
[0062] 1、LF炉工艺要求
[0063] a)LF炉脱氧工作做好，造白渣，造渣脱氧使用用Si化粉、C粉；
[0064] b)成分按目标成份调整和控制；
[00化]C)LF炉向VD炉吊包前[S]至0.000~0.008% ;
[0066] d)向 VD 炉吊包溫度：1670 ~1685°C;
[0067] e)喂 A1 至0.055 ~0.065%。
[0068] 2、VD炉工艺要求
[0069] a)进累时间力争3~8min，真空度66.7化W下保持时间15~20min;
[0070] b)钢包底吹氣气压力控制0.2~0.6MPa;
[0071] C)退累后测溫取样，根据分析结果向钢液加入氮化铭，按要求成分控制；
[0072] d)加入合金后5分钟取样分析，底吹氣弱揽拌时间必须10~20分钟；
[0073] e)吊包溫度：1565~1575°C。
[0074] 3、进行模铸诱铸成钢锭，诱铸时使用氣气保护诱注。
[0075] 对比例1-6的加入氮化铭量及成品中氮含量等参数参见表2。
[0076] 表 2
[0077]
[0078] 宝钢特钢有限公司采用本发明方法生产18化NiMo7-6钢，总计生产60炉，每炉为40 吨。按加入氮气4500升/炉，氮化铭合金30公斤/炉，氮化铭合金价格15190元/吨，氮气价格 0.42元/立方米计算，与采用氮化铭合金进行氮合金化的传统工艺比较，本发明共计节约成 本9.1027万元，大大降低了生产成本，且吹氮合金化的作用相当明显，18CrNiMo7-6钢质量 良好。
【主权项】
1.18CrNiMo7-6钢的吹氮合金化方法，包括如下步骤： 1) 冶炼，在LF炉中控制钢液中除氮元素以外的成分符合18CrNiM〇7-6钢的要求范围，并 通过LF炉精炼将硫含量降低至0.005 %以下； 2) 在VD炉内进行真空处理，并结合钢包底吹氩气进行真空脱气； 3) 真空处理完毕后，VD炉内钢液中氮含量为0.0050~0.0070%，在钢液温度1600~ 1610 °C条件下底吹氮气进行吹氮合金化，吹氮压力为0.2~0.6MPa，氮气增氮系数为3.0~ 3 · 3 X 10-8%/L/t，将钢液中氮含量控制在0 · 0090~0 · 0180% ; 4) 吹氮完毕后VD炉底吹氩气充分搅拌。2. 如权利要求1所述的吹氮合金化方法，其特征在于，步骤2)中，VD炉内真空处理条件 为在真空度彡66.7Pa保持15~20min。3. 如权利要求1所述的吹氮合金化方法，其特征在于，步骤4) VD炉底吹氩气充分搅拌后 取样分析，如果氮含量未达到目标值，则重复步骤3)进行补吹氮气。
【文档编号】C22C33/04GK106048139SQ201610539248
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】江成斌, 张豪, 刘军占, 潘根宝
【申请人】宝钢特钢有限公司