Способ легирования стали и сплавов азотом

 

Сущность изобретения: способ легирования стали и сплавов азотом, включающий переплав заготовки в плазменно-дуговой печи в аргонно-азотной или азотной атмосфере. Переплав ведут при давлении ниже атмосферного на 0,1 - 0,9 атм при соотношении расхода кислорода и расхода плазмообразующего газа 1: (125 - 500). 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве азотсодеpжащих сталей и сплавов в печах плазменно-дугового и вакуумного дугового переплава.

Известен способ легирования сталей и сплавов азотом путем переплава заготовки в плазменно-дуговой печи с формированием слитка в кристаллизаторе при непрерывном его вытягивании.

Переплав заготовки осуществляют аргонно-азотной или азотной плазмой в атмосфере плазмообразующего газа (авт. св. N 213071 М. кл. С 21 с 7/00, 1966 г. Прототип).

К недостаткам способа можно отнести значительную загрязненность получаемой стали кислородом, низкое качество вследствие торможения реакции раскисления углеродом в условиях повышенного давления, а также высокую себестоимость металлопродукции, связанную с созданием избыточного давления, сложностью конструкции печи и значительными амортизационными отчислениями. К тому же степень усвоения азота недостаточна, ее требуется повышать.

Задачей, решаемой данным изобретением, являются повышение качества металла за счет уменьшения его загрязненности кислородсодержащими включениями при высокой степени усвоения азота и снижение себестоимости металлопродукции. Это достигается тем, что в способе легирования стали и сплавов азотом, включающем переплав заготовки в плазменно-дуговой печи в аргонно-азотной или азотной атмосфере, переплав ведут при давлении ниже атмосферного на 0,1 0,9 атм, а кислород вводят в камеру печи при соотношении расхода кислорода и расхода плазмообразующего газа 1:(125 500).

Переплав при давлении ниже атмосферного с введением кислорода в камеру печи позволяет в условиях разряжения значительно повысить кажущуюся константу реакции растворения азота при существенном снижении загрязненности стали кислородом и кислородсодержащими включениями. Кроме того, для реализации режима переплава требуются недорогие печи, рассчитанные на низкое давление, что обеспечивает небольшую величину амортизационных отчислений и, следовательно, низкую себестоимость металлопродукции.

При давлении ниже атмосферного менее чем на 0,1 уменьшается степень усвоения азота вследствие уменьшения энергии возбуждения молекул азота, а усвоение кислорода металлом увеличивается. Это приводит к повышению загрязненности металла кислородсодержащими включениями и снижению качества металла.

При давлении ниже атмосферного более чем на 0,8 атм также резко уменьшается степень усвоения азота вследствие повышенной десорбции его из металлической ванны, при этом усвоение кислорода жидким металлом увеличивается. Кроме того, для обеспечения указанного давления увеличиваются затраты на изготовление камеры печи и, следовательно, себестоимость металлопродукции. Режим переплава с давлением плазмообразующего газа ниже атмосферного позволяет резко снизить величину соотношения расхода кислорода, расхода плазмообразующего газа и, как следствие, снижается уровень загрязненности металла кислородом и кислородсодержащими включениями. При этом, если величина указанного соотношения будет менее 1: 500, то повышается загрязненность кислородом и кислородсодержащими включениями, что можно объяснить увеличением скорости реакции растворения кислорода. При соотношении более 1:125 повышается содержание кислорода и кислородсодержащих включений, что можно объяснить повышением парциального давления кислорода и его растворимости в жидкой стали. Это приводит к снижению качества и стойкости стали в изделиях.

П р и м е р. Способ опробовали при переплаве расходуемой заготовки из стали 06Х18Н4Г11АМ в плазменно-дуговой печи типа У-600. Режимы пеpеплава, качество стали, степень усвоения азота и себестоимость приведены в таблице. Переплав проводили при мощности дугового нагрева 1200 кВт. Из таблицы видно, что по сравнению с прототипом предложенный способ позволяет снизить в 1,5 - 2,0 раза содержание кислорода и загрязненность кислородсодержащими включениями при высокой степени усвоения азота в 1,5 раза выше, чем в способе-прототипе.

Формула изобретения

Способ легирования стали и сплавов азотом, включающий переплав заготовки в плазменно-дуговой печи в аргоноазотной или азотной атмосфере, отличающийся тем, что переплав ведут при давлении ниже атмосферного на 0,1 0,9 ат при соотношении расхода кислорода и расхода плазмообразующего газа 1 125 500.

РИСУНКИ

Рисунок 1