钢中氮含量的控制

钢中氮含量的控制

随着炼钢技术的不断进步和发展，国内外钢厂对钢的氮含量控制要求也越来越严格，除耐热及不锈钢外，在绝大多数钢中，氮被视为一种有害元素。虽然钢中残留氮很少，但对钢的力学性能却有显著的影响。众所周知，一般情况下氮的危害主要表现在:Fe4N的析出导致钢的时效性和兰脆，降低钢的韧性和塑性；与钢中钛、铝等元素形成带棱角而性脆的夹杂物，不利于钢的冷热变形加工；当钢中残留氮较高，会导致钢宏观组织疏松甚至形成气泡；钢中氮还降低钢的焊接性能、电导率、导磁率等；钢中氮含量偏高也会使铸坯开裂。因此，必须采取有效措施降低钢中氮含量，特别是高级别钢种的氮控制尤显重要。

转炉炼钢各工序过程对增氮的影响及建议

1、过程增氮主要发生在转炉终点至小平台吹Ar结束，其次是浇铸期间增氮。对方坯钢种而言，出钢过程平均增氮约30×10-4%，浇铸过程平均增碳约5×10-4%；对板坯钢种而言，出钢过程平均增氮约10×10-4%，浇铸过程平均增氮约9×10-4%。方坯LF处理过程增氮不明显。

2、脱氧程度较深的钢种在出钢过程、LF处理及浇铸过程增氮更严重，铸坯氮含量更高；含氮量较高的原辅料(如沥青焦增碳剂、SiCaBa等)直接加入钢液中对钢液增氮有重要影响。

3、深吹及出钢时间长造成终点氮含量增加；废钢消耗量对

转炉终点氮含量有一定影响，尤其是废钢消耗量>100kg/t时终点钢水氮含量明显上升。

4、钢水裸露吹氩、LF处理过程中不加或少加泡沫渣、浇铸过程长水口密封不好及中包钢液覆盖不良均会造成增氮。

5、为有效控制钢中氮含量以改善钢水质量，建议开展提高复吹透气砖基础使用寿命、脱氧工艺优化、LF炉精炼工艺优化及连铸长水口保护浇铸等技术研究。

低碳高氮马氏体不锈钢的特性

很早以前，人们就知道氮元素通过固溶强化后可以提高不锈钢的强度和耐蚀性。由于氮是生成奥氏体的强力元素，因此它作为高价镍的替代元素，主要用于奥氏体不锈钢的生产。近年来，为进一步探索氮的作用，有关采用添加更多氮的加压熔炼法、机械铣削法和固相吸收法等生产高氮不锈钢的研究报告也引起人们的关注。

另一方面，在不锈钢中，马氏体不锈钢的最大特点是硬度比铁素体不锈钢或双相不锈钢高。尤其是，以提高硬度为主的高碳马氏体不锈钢由于其硬度和耐磨损性好，可用于制作刀具、量具、轴承和金属模等。但是，由于马氏体不锈钢的耐蚀性通常比其它不锈钢明显差，因此在使用马氏体不锈钢时，应充分注意腐蚀环境，有时还需要采取表面处理等防锈措施。

对马氏体不锈钢使用氮时，为保持马氏体组织，因此要限制

Cr等合金元素添加量，由此造成在常压熔炼时的最大氮含量为0.15%左右，提高耐蚀性的效果通常也不尽人意。为了一面保持马氏体组织，一面在钢中添加大于0.15%的氮，因此需要采用前面所述的加压熔炼等特殊生产方法。在使用加压ESR的例子中，15Cr钢的氮含量达到了0.33%，在保持硬度660HV(相当于58HRC)左右的状态下，耐蚀性明显提高。另外，虽然采用感应加压熔炼炉生产的含氮0.5%的18Cr钢的硬度略低(56HRC)，但耐蚀性超过了SUS316。关于氮可提高钢的硬度和耐蚀性的潜在作用还有许多需要研究的东西。

日本采用能够加压到2.0MPa的高频感应炉，用氮替代碳，试制了以提高耐蚀性为目的的高氮马氏体不锈钢，重点调查了淬火条件和回火条件对硬度及耐蚀性的影响，由此研究了在最佳热处理条件下氮提高钢的硬度和耐蚀性的潜在能力，并得出以下结论。

(1)试制的高氮马氏体不锈钢HNS-A~C在退火处理后，可将硬度降低到95HRB左右，冷加工性比SUS440C好。

(2)试制的高氮马氏体不锈钢HNS-A~C在淬火-深冷-回火处理后，硬度为56~60HRC左右，同时耐蚀性超过SUS304。

(3)得出了高氮马氏体不锈钢的硬度和耐蚀性与淬火时Cr2N 的固溶状态及回火时Cr2N的析出状态有相互关系的结论，作为最佳热处理条件是，通过淬火处理使Cr2N固溶时，在使Cr2N固溶到不会使耐蚀性变差的同时，一面抑制Ms点的过度下降，一

面确保固溶氮量，在此最佳条件下，可以获得最高硬度，并在723K周围抑制耐蚀性因Cr2N的再析出而变差。

(4)高氮马氏体不锈钢在氯化物离子腐蚀环境下的耐蚀性至少比SUS440C好，耐蚀性接近SUS316。