制約含氮耐磨鋼應(yīng)用的一個重要因素
制約含氮耐磨鋼應(yīng)用的一個重要因素就是其冶煉問題。由于氮是氣體元素，在耐磨鋼中的溶解度較低，目前高氮NM360耐磨鋼板的冶煉通常采用加壓電渣重熔和反壓鑄造等工藝來完成，其它還有采用熱等靜壓熔煉、加壓感應(yīng)熔煉及粉末冶金等方法，這些冶煉工藝均需要特殊的設(shè)備，成本較高。如何采取經(jīng)濟(jì)有效的方法來冶煉高氮耐磨鋼一直備受關(guān)注。中國科學(xué)院金屬所新近提出了直接采用真空感應(yīng)爐來冶煉中高氮耐磨鋼的技術(shù)路線。用這種工藝，不加正壓，可以冶煉出氮含量在0.5%左右的高氮鋼，而且可以有效地控制鋼中的雜質(zhì)元素含量。目前正在對真空感應(yīng)爐冶煉高氮耐磨鋼過程中各種影響因素作進(jìn)一步研究。
一．合金元素對氮含量的影響。氮在鐵合金溶液中的溶解度受其它合金成分影響較大。不同合金對氮在鋼中的溶解度有不同的作用系數(shù)，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。用活度系數(shù)可以有效地衡量各種元素對氮在NM360耐磨鋼板液中溶解度的影響。根據(jù)目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，耐磨鋼中加入的鉻或錳能有效地提高氮的溶解度。
二．添加氮化物種類及方法的影響。利用真空感應(yīng)爐冶煉高氮耐磨鋼，主要通過加入氮化物進(jìn)行氮的合金化。由于真空感應(yīng)爐冶煉體系是一個低氣壓系統(tǒng)，氮化物在耐磨鋼液中的大量熔化和溶解勢必造成氮在鋼液表面的溢出。如果過早地加入氮化物，溶解在鋼液中的氮會不斷地參與耐磨鋼液表面的溢出反應(yīng)，使鋼液中溶解的氮越來越少。另外，如果氮化物熔化溫度超過鋼液溫度，必然會延長熔化時(shí)間，較高的熔化溫度又會促使氮從耐磨鋼液中溢出。當(dāng)?shù)锶刍瘻囟容^低時(shí)(低于鋼液溫度)，氮化物加入到鋼液中就會迅速熔化，并被攪拌均勻；由于時(shí)間較短，耐磨鋼液中溶解的大量過飽和氮在澆鑄成鋼錠以前來不及大量溢出而被留在鋼液中，從而得到較高的氮含量。在氮化錳、氮化鉻、氮化硅等幾種氮化合金中，只有氮化錳的熔化溫度較低，約1200℃左右，而氮化鉻、氮化硅的熔化溫度都在1600℃以上。所以在使用真空感應(yīng)爐冶煉高氮鋼時(shí)，以使用氮化錳為宜。
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