含氮雙相不銹鋼及其冶金工藝

摘要：雙相不銹鋼有著較好的機械加工性能和耐腐蝕性，所以在其問世以后，不斷的被人們進行各種改造，以此來滿足個性化的需求。目前，在雙相不銹鋼中加氮可有效的提升其焊接性能，所以關(guān)于含氮不銹鋼的冶金工藝在近幾年中發(fā)展較為迅速?；诖?，本文從含氮雙相不銹鋼的特點入手，首先分析了含氮雙相不銹鋼的冶煉工藝，然后研究了含氮雙相不銹鋼的研發(fā)方向，希望可以借此給相關(guān)的研究提供一定的參考意見。

關(guān)鍵詞：含氮雙相不銹鋼；冶煉工藝；熱處理

1 含氮雙相不銹鋼的特點

雙相不銹鋼是指鋼體中含有的奧氏體和鐵素體均分，一般較少相的含量也需要達到30%以上。這類鋼的特性較好，與鐵素體相比，它的韌性更高，而且可塑性更強，焊接性能相比于其它鋼體有著顯著的優(yōu)勢。同時，雙相不銹鋼抗氯化物腐蝕的能力也較強，是一種優(yōu)質(zhì)的材料。

含氮雙相不銹鋼是在雙相不銹鋼中增加氮元素，這種改造可以進步優(yōu)化雙相不銹鋼的性能。從實際情況來看，含氮雙相不銹鋼的機械性能較好，而且它有著較好的耐應(yīng)力和耐腐蝕性，特別是降低其碳含量之后增加氮含量，可以有效的提升其焊接的性能。但是我國的含氮雙相不銹鋼和國際的先進水平卻存在著一定的差異，目前我國二代的雙相不銹鋼其氮含量均在0.2%以下，而國外已經(jīng)發(fā)展到0.3%左右，性能要在一定程度上優(yōu)于我國。當然，這也和我國相關(guān)技術(shù)發(fā)展的時間較晚有一定的關(guān)系，目前國家正在大力的支持相關(guān)的項目，相信在不久的將來會取得較好的成果。

2 含氮雙相不銹鋼的冶煉工藝

氮的溶解度受到多種因素的影響，一般而言，氮氣的溶解會隨著氮氣的壓力增加而增加，溫度的降低也會提高氮氣的溶解程度。所以，在進行含氮雙相不銹鋼的冶煉時，要保證較低的溫度，同時增加鋼液中氮氣的壓力，以此來保證氮的溶解性。錳、鉻、釩等元素可降低氮在鋼液中的活性，進而提高鋼液中氮氣的溶解度。所以，要想提升鋼液中氮氣的含量，可適當?shù)脑黾渝i、鉻、釩等元素。需要注意的是，這些元素可能會影響到雙相不銹鋼的性能，因此添加的量要嚴格的控制在下限以內(nèi)。具體而言，含氮雙相不銹鋼的冶煉工藝方法主要有以下幾種：

（1）等離子爐合金化。氣體在被加熱到5000到3萬開氏溫度時就會部分離子化，而離子化的氮氣更容易被鋼液吸收。目前，冶煉中會利用高溫和高壓的方式增加氮氣在鋼液中的含量，這也是冶煉含氮不銹鋼的主要工藝之一。

（2）真空感應(yīng)爐合金化，真空感應(yīng)爐冶煉雙相不銹鋼時，可以通過內(nèi)部封閉的空間來控制氮的添加量，因此在高壓的環(huán)境下，鋼液中會吸收更多的氮，以此來達到冶煉的目的。日本就曾經(jīng)利用真空感應(yīng)爐合金化的方式來冶煉含氮雙相不銹鋼，并且其含量可以達到0.8%左右。

（3）增壓電渣重熔法。利用電極可在封閉的爐內(nèi)增加壓力，以此來讓已經(jīng)吸收氮氣的合金鋼進一步溶解氮氣。當然，在用這種方法冶煉含氮雙相不銹鋼時，需要在溶液中加入氮化硅和氮化鉻等催化劑，而且利用這種方法可以將雙相不銹鋼中氮的含量提升到百分之一左右。

（4）鋼液底吹氮氣合金化。利用這種工藝進行雙相不銹鋼冶煉時，可以在鋼爐的底部，吹氮氣，這樣一方面可以起到攪拌鋼液的作用，另一方面還可以增加鋼液中的含氮量。利用這種工藝進行冶煉室，得出的雙相不銹鋼其氮含量可達到0.5%左右。

（5）粉末冶金生產(chǎn)法。當物體某種物質(zhì)的溶解度達到自身極限時，可以適當?shù)脑黾庸虘B(tài)物質(zhì)。例如，在冶煉雙向不銹鋼時，通過增加熱等靜壓粉末的方式，就可以將氮化物嵌入到鋼的基體中，然后通過冶煉來增加鋼液中氮含量。

目前在冶煉含氮雙相不銹鋼時，通常是通過精煉的方式來生產(chǎn)出原材料，進一步通過連鑄和連鑄來實現(xiàn)整個冶煉的過程，特別是冶煉的前期，需要在鋼液中吹氮，并且在后期中吹氬脫氮。采用這種方式，就可以達到較為準確的控制鋼液中氮含量的目的，從當前的技術(shù)來看，冶煉含氮雙相不銹鋼的氮含量精度能夠控制在0.01%。

3 含氮雙相不銹鋼的研發(fā)方向

含氮雙相不銹鋼降低了鋼中碳和鎳的含量，這種不銹鋼可以有效的改善鋼的機械加工性能，同時耐腐蝕性也有了較大的提升。在目前的生產(chǎn)中，雙相不銹鋼主要包括2101LDX和NIRONIC19D雙相不銹鋼，這兩種不銹鋼的屈服強度與其他雙相不銹鋼大致相同，但是耐腐蝕性較強。在今后的研究中，可能會從鉻和鉬的含量來進行更為精準的控制，因為這兩種物質(zhì)可以提高含氮雙相不銹鋼的熱穩(wěn)定性。目前關(guān)于含氮雙相不銹鋼的生產(chǎn)工藝研究在全世界的范圍內(nèi)較多，但是由于科技水平的限制，導致很多含的雙相不銹鋼不可能大批量的生產(chǎn)，因此在后續(xù)的發(fā)展過程中，可能會著重的從技術(shù)層面入，來進行工藝的優(yōu)化，實現(xiàn)含氮雙相不銹鋼品質(zhì)的控制和性能的提高。由于氮在鋼液中的溶解度較低，可能后續(xù)的研究還會從其他代替物質(zhì)入手，通過高溶解性的物質(zhì)來部分代替氮的作用，進而實現(xiàn)同樣的目的，簡化冶煉工藝的同時提高含氮雙相不銹鋼的品質(zhì)。

4 結(jié)語

含氮雙相不銹鋼的機械性能較好，而且耐腐蝕性較強，所以在各行各業(yè)的應(yīng)用效果都較好。因此，在含氮雙相不銹鋼其問世之后，它的冶煉工藝一直受到人們廣泛的關(guān)注。但是由于氮在鋼液中的溶解度較低，所以很難精確的控制鋼液中的氮含量并且將之提高?；谶@一現(xiàn)狀，相關(guān)的科技在不斷的完善，通過加壓和降溫的方式來進行氮含量的提升，本文從含氮雙相不銹鋼的特點入手，著重分析了冶煉的工藝，并且對含氮雙相不銹鋼的發(fā)展方向做出預測，希望能夠借此給我國含氮雙相不銹鋼的冶煉提供一定的參考意見。

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[HTH]課題：[HT]不銹鋼卷取后的溫度場、組織模擬與驗證 編號：20150429

作者簡介：劉珍珠（1983），女，漢族，福建福安人，碩士，講師，研究方向：材料加工、有限元分析。