RU2070939C1 - Method for alloying of steel and alloys with nitrogen - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method for alloying of steel and alloys with nitrogen includes remelting of blank in plasma-arc furnace in argon-nitrogen or nitrogen atmosphere. Remelting is carried out ar pressure below the atmospheric by 0.1-0.9 technical atmosphere with oxygen-plasma-forming gas ratio of 1:(125-500). EFFECT: higher efficiency. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве азотсодеpжащих сталей и сплавов в печах плазменно-дугового и вакуумного дугового переплава. The invention relates to the field of metallurgy and can be used in the production of nitrogen-containing steels and alloys in furnaces of plasma-arc and vacuum arc remelting.

Известен способ легирования сталей и сплавов азотом путем переплава заготовки в плазменно-дуговой печи с формированием слитка в кристаллизаторе при непрерывном его вытягивании. A known method of alloying steels and alloys with nitrogen by remelting the workpiece in a plasma-arc furnace with the formation of an ingot in the mold with continuous stretching.

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). Melting of the preform is carried out with argon-nitrogen or nitrogen plasma in the atmosphere of a plasma-forming gas (ed. St. N 213071 M. class. C 21 from 7/00, 1966 Prototype).

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. The disadvantages of the method include significant contamination of the steel obtained with oxygen, poor quality due to inhibition of the carbon deoxidation reaction under high pressure, as well as the high cost of metal products associated with the creation of excess pressure, the complexity of the furnace design and significant depreciation. In addition, the degree of assimilation of nitrogen is insufficient, it needs to be increased.

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). The problem solved by this invention is to improve the quality of the metal by reducing its contamination with oxygen-containing inclusions with a high degree of assimilation of nitrogen and reducing the cost of metal products. This is achieved by the fact that in the method of alloying steel and alloys with nitrogen, including remelting the workpiece in a plasma-arc furnace in an argon-nitrogen or nitrogen atmosphere, the remelting is carried out at a pressure lower than atmospheric by 0.1 0.9 atm, and oxygen is introduced into the furnace chamber when the ratio of oxygen consumption and consumption of plasma-forming gas 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. Remelting at a pressure below atmospheric with the introduction of oxygen into the chamber of the furnace makes it possible under vacuum conditions to significantly increase the apparent reaction constant of the dissolution of nitrogen with a significant reduction in the contamination of steel with oxygen and oxygen-containing inclusions. In addition, to implement the remelting regime, inexpensive furnaces designed for low pressure are required, which ensures a small amount of depreciation and, therefore, low cost of metal products.

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. At a pressure below atmospheric less than 0.1, the degree of nitrogen assimilation decreases due to a decrease in the excitation energy of nitrogen molecules, and the assimilation of oxygen by the metal increases. This leads to an increase in metal contamination with oxygen-containing inclusions and a decrease in the quality of the metal.

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. At a pressure below atmospheric of more than 0.8 atm, the degree of nitrogen assimilation also sharply decreases due to increased desorption of it from the metal bath, while the assimilation of oxygen by the liquid metal increases. In addition, to ensure the specified pressure increases the cost of manufacturing a furnace chamber and, therefore, the cost of metal products. The remelting mode with a plasma-forming gas pressure below atmospheric makes it possible to sharply reduce the ratio of oxygen consumption and plasma-forming gas consumption and, as a result, the level of metal contamination with oxygen and oxygen-containing inclusions is reduced. Moreover, if the value of the indicated ratio is less than 1: 500, then the pollution by oxygen and oxygen-containing inclusions increases, which can be explained by an increase in the rate of oxygen dissolution reaction. With a ratio of more than 1: 125, the content of oxygen and oxygen-containing inclusions increases, which can be explained by an increase in the partial pressure of oxygen and its solubility in liquid steel. This leads to a decrease in the quality and durability of steel in products.

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. PRI me R. The method was tested during remelting of a consumable billet made of 06Kh18N4G11AM steel in a U-600 type plasma-arc furnace. Remelting modes, steel quality, the degree of assimilation of nitrogen and cost are shown in the table. Remelting was carried out at an arc heating power of 1200 kW. The table shows that, in comparison with the prototype, the proposed method allows to reduce 1.5 to 2.0 times the oxygen content and contamination with oxygen-containing inclusions with a high degree of assimilation of nitrogen is 1.5 times higher than in the prototype method.

Claims (1)

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. A method of alloying steel and alloys with nitrogen, including remelting the workpiece in a plasma-arc furnace in an argon-nitrogen or nitrogen atmosphere, characterized in that the remelting is carried out at a pressure below atmospheric by 0.1 0.9 atm with a ratio of oxygen consumption and plasma-forming gas consumption 1,125,500 .

Images