含氮双相不锈钢及其冶金工艺

摘要：双相不锈钢有着较好的机械加工性能和耐腐蝕性，所以在其问世以后，不断的被人们进行各种改造，以此来满足个性化的需求。目前，在双相不锈钢中加氮可有效的提升其焊接性能，所以关于含氮不锈钢的冶金工艺在近几年中发展较为迅速。基于此，本文从含氮双相不锈钢的特点入手，首先分析了含氮双相不锈钢的冶炼工艺，然后研究了含氮双相不锈钢的研发方向，希望可以借此给相关的研究提供一定的参考意见。

关键词：含氮双相不锈钢；冶炼工艺；热处理

1 含氮双相不锈钢的特点

双相不锈钢是指钢体中含有的奥氏体和铁素体均分，一般较少相的含量也需要达到30%以上。这类钢的特性较好，与铁素体相比，它的韧性更高，而且可塑性更强，焊接性能相比于其它钢体有着显著的优势。同时，双相不锈钢抗氯化物腐蚀的能力也较强，是一种优质的材料。

含氮双相不锈钢是在双相不锈钢中增加氮元素，这种改造可以进步优化双相不锈钢的性能。从实际情况来看，含氮双相不锈钢的机械性能较好，而且它有着较好的耐应力和耐腐蚀性，特别是降低其碳含量之后增加氮含量，可以有效的提升其焊接的性能。但是我国的含氮双相不锈钢和国际的先进水平却存在着一定的差异，目前我国二代的双相不锈钢其氮含量均在0.2%以下，而国外已经发展到0.3%左右，性能要在一定程度上优于我国。当然，这也和我国相关技术发展的时间较晚有一定的关系，目前国家正在大力的支持相关的项目，相信在不久的将来会取得较好的成果。

2 含氮双相不锈钢的冶炼工艺

氮的溶解度受到多种因素的影响，一般而言，氮气的溶解会随着氮气的压力增加而增加，温度的降低也会提高氮气的溶解程度。所以，在进行含氮双相不锈钢的冶炼时，要保证较低的温度，同时增加钢液中氮气的压力，以此来保证氮的溶解性。锰、铬、钒等元素可降低氮在钢液中的活性，进而提高钢液中氮气的溶解度。所以，要想提升钢液中氮气的含量，可适当的增加锰、铬、钒等元素。需要注意的是，这些元素可能会影响到双相不锈钢的性能，因此添加的量要严格的控制在下限以内。具体而言，含氮双相不锈钢的冶炼工艺方法主要有以下几种：

（1）等离子炉合金化。气体在被加热到5000到3万开氏温度时就会部分离子化，而离子化的氮气更容易被钢液吸收。目前，冶炼中会利用高温和高压的方式增加氮气在钢液中的含量，这也是冶炼含氮不锈钢的主要工艺之一。

（2）真空感应炉合金化，真空感应炉冶炼双相不锈钢时，可以通过内部封闭的空间来控制氮的添加量，因此在高压的环境下，钢液中会吸收更多的氮，以此来达到冶炼的目的。日本就曾经利用真空感应炉合金化的方式来冶炼含氮双相不锈钢，并且其含量可以达到0.8%左右。

（3）增压电渣重熔法。利用电极可在封闭的炉内增加压力，以此来让已经吸收氮气的合金钢进一步溶解氮气。当然，在用这种方法冶炼含氮双相不锈钢时，需要在溶液中加入氮化硅和氮化铬等催化剂，而且利用这种方法可以将双相不锈钢中氮的含量提升到百分之一左右。

（4）钢液底吹氮气合金化。利用这种工艺进行双相不锈钢冶炼时，可以在钢炉的底部，吹氮气，这样一方面可以起到搅拌钢液的作用，另一方面还可以增加钢液中的含氮量。利用这种工艺进行冶炼室，得出的双相不锈钢其氮含量可达到0.5%左右。

（5）粉末冶金生产法。当物体某种物质的溶解度达到自身极限时，可以适当的增加固态物质。例如，在冶炼双向不锈钢时，通过增加热等静压粉末的方式，就可以将氮化物嵌入到钢的基体中，然后通过冶炼来增加钢液中氮含量。

目前在冶炼含氮双相不锈钢时，通常是通过精炼的方式来生产出原材料，进一步通过连铸和连铸来实现整个冶炼的过程，特别是冶炼的前期，需要在钢液中吹氮，并且在后期中吹氩脱氮。采用这种方式，就可以达到较为准确的控制钢液中氮含量的目的，从当前的技术来看，冶炼含氮双相不锈钢的氮含量精度能够控制在0.01%。

3 含氮双相不锈钢的研发方向

含氮双相不锈钢降低了钢中碳和镍的含量，这种不锈钢可以有效的改善钢的机械加工性能，同时耐腐蚀性也有了较大的提升。在目前的生产中，双相不锈钢主要包括2101LDX和NIRONIC19D双相不锈钢，这两种不锈钢的屈服强度与其他双相不锈钢大致相同，但是耐腐蚀性较强。在今后的研究中，可能会从铬和钼的含量来进行更为精准的控制，因为这两种物质可以提高含氮双相不锈钢的热稳定性。目前关于含氮双相不锈钢的生产工艺研究在全世界的范围内较多，但是由于科技水平的限制，导致很多含的双相不锈钢不可能大批量的生产，因此在后续的发展过程中，可能会着重的从技术层面入，来进行工艺的优化，实现含氮双相不锈钢品质的控制和性能的提高。由于氮在钢液中的溶解度较低，可能后续的研究还会从其他代替物质入手，通过高溶解性的物质来部分代替氮的作用，进而实现同样的目的，简化冶炼工艺的同时提高含氮双相不锈钢的品质。

4 结语

含氮双相不锈钢的机械性能较好，而且耐腐蚀性较强，所以在各行各业的应用效果都较好。因此，在含氮双相不锈钢其问世之后，它的冶炼工艺一直受到人们广泛的关注。但是由于氮在钢液中的溶解度较低，所以很难精确的控制钢液中的氮含量并且将之提高。基于这一现状，相关的科技在不断的完善，通过加压和降温的方式来进行氮含量的提升，本文从含氮双相不锈钢的特点入手，着重分析了冶炼的工艺，并且对含氮双相不锈钢的发展方向做出预测，希望能够借此给我国含氮双相不锈钢的冶炼提供一定的参考意见。

参考文献：

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[3]耿文范.双相不锈钢的开发和应用现状[J].特殊钢，1990（01）：19.

[HTH]课题：[HT]不锈钢卷取后的温度场、组织模拟与验证 编号：20150429

作者简介：刘珍珠（1983），女，汉族，福建福安人，硕士，讲师，研究方向：材料加工、有限元分析。