高氮不銹鋼生產(chǎn)工藝比較

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　　高氮鋼為含氮量超過在常規(guī)條件下鋼中所能達到的極限氮含量的鋼。根據(jù)氮的加入量不同，大致進行了以下分類，即含氮>1%的為超高氮鋼，含氮0.3～0.5%的為高氮鋼，在此范圍以下的為含氮鋼。氮在不銹鋼中的作用主要體現(xiàn)在對不銹鋼基體組織、力學性能和耐蝕性能三方面的影響。研究表明，氮是一種非常強烈地形成并穩(wěn)定奧氏體且擴大奧氏體相區(qū)的元素，在不銹鋼中可代替部分鎳，降低鋼中的鐵素體含量，使奧氏體更穩(wěn)定，防止有害金屬間相的析出，甚至在冷加工條件下可避免出現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變。

　　高氮不銹鋼的冶煉主要面臨兩個問題，即如何在熔化狀態(tài)獲得高含量氮以及怎樣保證在凝固過程中使氮處于溶解狀態(tài)。為獲得高含氮量，所采取的主要措施有：設計合理的合金成分；采取合適的工藝路線；選擇適當?shù)牡d體。研究表明，Cr、Mn、Mo、V、Nb等元素促進氮溶解，Ni、Cu、Si、C等元素降低氮溶解。但是，通過調(diào)整合金成分對氮溶解度的影響畢竟有限，目前，具有工業(yè)化前景的途徑主要還是采取合適的工藝路線以及選擇適當?shù)牡d體。

　　采用大氣熔煉工藝時，由于大氣壓下氮的溶解度就是鋼中氮的最高含量，即使將氮添加至溶解度，但隨著凝固的進行溶解度會下降，就會發(fā)生氣孔缺陷，導致不合格。因此，自1988年以來，高壓冶煉及高氮鋼受到國際上冶金及材料研究的高度重視。德國、保加利亞、烏克蘭、奧地利和日本等國均研制出了各自的加壓冶煉設備，極大地推動了高氮鋼加壓冶煉技術的發(fā)展。目前一些國家的大型煉鋼廠已經(jīng)具備在高于6MPa的氮氣壓力下大量熔煉和澆注高氮鋼的能力，鋼中的氮含量甚至高達1%。

　　作為在大氣壓下添加氮使不銹鋼中的氮含量達到溶解度以上的方法，加壓氮氣氣氛下進行熔煉和澆鑄的生產(chǎn)工藝是必不可少的。目前已開發(fā)的加壓熔煉技術主要有加壓感應熔煉法（PIM）、加壓等離子熔煉法（PARP）、加壓電渣重熔法（PESR）、加壓電弧渣重熔法（ASRP）、大熔池法（BSB）和熱等靜壓熔煉法（HIP）等。下表給出了高氮不銹鋼各種加壓冶煉工藝技術的粗略對比。其中，加壓等離子熔煉法、加壓電渣重熔法和加壓電弧渣重熔法是最常見的加壓熔煉技術。

　　冶煉工藝

　　設備要求

　　工藝要求

　　能耗

　　生產(chǎn)成本

　　規(guī)格限制

　　發(fā)展水平

　　PIM

　　較高

　　高

　　中等

　　中等

　　無

　　實驗室

　　PARP

　　高

　　較高

　　高

　　較高

　　有

　　工業(yè)化

　　PESR

　　高

　　高

　　較高

　　較高

　　有

　　工業(yè)化

　　ASRP

　　中等

　　中等

　　中等

　　較高

　　無

　　工業(yè)化

　　BSB

　　較高

　　較高

　　較低

　　較高

　　無

　　工業(yè)化

　　HIP

　　高

　　高

　　高

　　高

　　有

　　實驗室

　　加壓冶煉是冶金工藝的一個新突破，高氮鋼是材料研究的一個新領域。高氮不銹鋼不僅具有原來的不銹鋼所有的性能，而且因為氮的加入，其在力學性能、耐蝕性能、以及綜合性能等方面有更優(yōu)良的表現(xiàn)。因此，高氮鋼廣泛應用于能源生產(chǎn)、交通、造紙、石油、化工等領域。