制约含氮耐磨钢应用的一个重要因素

制约含氮耐磨钢应用的一个重要因素

制约含氮耐磨钢应用的一个重要因素就是其冶炼问题。由于氮是气体元素，在耐磨钢中的溶解度较低，目前高氮NM360耐磨钢板的冶炼通常采用加压电渣重熔和反压铸造等工艺来完成，其它还有采用热等静压熔炼、加压感应熔炼及粉末冶金等方法，这些冶炼工艺均需要特殊的设备，成本较高。如何采取经济有效的方法来冶炼高氮耐磨钢一直备受关注。中国科学院金属所新近提出了直接采用真空感应炉来冶炼中高氮耐磨钢的技术路线。用这种工艺，不加正压，可以冶炼出氮含量在0.5%左右的高氮钢，而且可以有效地控制钢中的杂质元素含量。目前正在对真空感应炉冶炼高氮耐磨钢过程中各种影响因素作进一步研究。

一．合金元素对氮含量的影响。氮在铁合金溶液中的溶解度受其它合金成分影响较大。不同合金对氮在钢中的溶解度有不同的作用系数，Cr、Mn、Mo、V、Nb等元素增加氮的溶解度，而Ni、Cu、Si、C等元素降低氮的溶解度。用活度系数可以有效地衡量各种元素对氮在NM360耐磨钢板液中溶解度的影响。根据目前的实验结果，耐磨钢中加入的铬或锰能有效地提高氮的溶解度。

二．添加氮化物种类及方法的影响。利用真空感应炉冶炼高氮耐磨钢，主要通过加入氮化物进行氮的合金化。由于真空感应炉冶炼体系是一个低气压系统，氮化物在耐磨钢液中的大量熔化和溶解势必造成氮在钢液表面的溢出。如果过早地加入氮化物，溶解在钢液中的氮会不断地参与耐磨钢液表面的溢出反应，使钢液中溶解的氮越来越少。另外，如果氮化物熔化温度超过钢液温度，必然会延长熔化时间，较高的熔化温度又会促使氮从耐磨钢液中溢出。当氮化物熔化温度较低时(低于钢液温度)，氮化物加入到钢液中就会迅速熔化，并被搅拌均匀；由于时间较短，耐磨钢液中溶解的大量过饱和氮在浇铸成钢锭以前来不及大量溢出而被留在钢液中，从而得到较高的氮含量。在氮化锰、氮化铬、氮化硅等几种氮化合金中，只有氮化锰的熔化温度较低，约1200℃左右，而氮化铬、氮化硅的熔化温度都在1600℃以上。所以在使用真空感应炉冶炼高氮钢时，以使用氮化锰为宜。

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