低合金钢冶炼过程增氮行为分析

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1、第36卷第6期山东冶金Vol.36No.62014年12月ShandongMetallurgyDecember2014?????????????????试验研究???????????低合金钢冶炼过程增氮行为分析张帆，范植金，丁礼权（武汉钢铁（集团）公司研究院，湖北武汉430080）摘要：为提高中厚板系列低合金钢氮含量控制水平，从热力学、动力学角度全面分析冶炼过程增氮行为，并结合相关试验对影响钢液增氮的因素进行分析。结果表明，氮在钢液中的溶解度与温度、氮分压以及合金成分有关；气泡—钢液面上的吸附化学反应为限制性环节；当钢液中w（O）≥0.04%或w（

2、S）≥0.06%，钢液吸氮基本停止；当转炉全程底吹氮强度不超过0.025m3（/min·t）时，转炉终点氮含量可控制在10×10-6以内。关键词：低合金钢冶炼；增氮；热力学；动力学中图分类号：TF762+.3文献标识码：A文章编号：1004-4620（2014）06-0027-03lgKN＝－465/T－1.095。（4）1前言（1）～（4）式中，KN为反应平衡常数，α［N］为钢液低合金结构钢是中厚板系列的主要产品，因具中氮的活度，f［N］为钢液中氮的活度系数；［%N］为钢有强度高、韧性好、焊接性能优良等特点，被广泛用液中氮的质量分数，%；PN2为

3、大气中氮的分压，MPa；于船舶、桥梁、矿用机械、石油储罐等关乎国计民生T为温度，K。的重点行业。随着钢铁产能过剩的加剧，中厚板处低合金钢成分范围内，（3）式中氮活度系数f［N］于全行业亏损的边缘，市场竞争异常激烈。采用新［3］与温度和钢液成分存在如下关系：工艺和新技术，降低生产成本，优化产品结构，提高lgfN＝（3280/T－0.75）lgfN，1873K；（5）市场竞争力，成为各中厚板企业关注的重点。。（6）通常情况下，氮对钢材性能是有害的，如：产生时效、蓝脆等现象；降低钢材韧性、塑性和焊接性能式中：为钢液中元素j对氮元素的相互作用系数；等；造成

4、铸坯开裂和引起晶间腐蚀，但对于含铌、［j］为元素j在钢液中的质量分数。1873K时，低合［2］钒、钛的低合金钢，充足的氮含量能最大限度发挥金钢中常见元素对氮的活度相互作用系数见表1。微合金元素的细化晶粒和沉淀强化作用，从而达到表11873K低合金钢中元素对氮的活度相互作用系数减少合金用量、降低生产成本的目的。研究表明，jCSiMnPSAlB0.130.048-0.020.0590.0070.010.094含钒中碳钢氮含量从0.004%增加到0.016%，屈服强jCrCuNbNiOTiV［1］度提高110MPa，抗拉强度提高60MPa。-0.0460

5、.009-0.0680.007-0.12-0.593-0.123本研究通过分析低合金钢中氮的溶解行为，分结合（3）～（6）式可得：析影响钢液增氮的各种因素，以期对提高低合金钢冶炼过程氮含量的控制有所裨益，并为中厚板企业。（7）“增氮降合金”提供参考。从（7）式可知，钢液中氮的溶解度与温度、氮分2氮的溶解热力学分析压以及合金成分有关。若取f［N］=1、T=1873K，大气压力下由（7）式可计算出钢液中氮的平衡浓度约为2.1冶炼过程热力学分析-6400×10；真空条件下（PN2=130Pa）钢液中氮的平衡氮在钢液中以原子和化合物形式存在，其在钢-6浓度

6、约为17×10。当钢种以及冶炼工艺确定时，［2］液中的溶解反应式和平衡常数如下：氮在钢液中的溶解度主要与氮分压有关。因此降1/2N2＝［N］；（1）低钢中氮含量，可通过转炉碳氧反应、RH或VD真θΔG＝9916＋20.17T；（2）空等措施实现；增加钢中氮含量，可通过转炉、钢包底吹氮合金化等措施实现。；（3）2.2凝固过程热力学分析［2］凝固过程氮在钢中的溶解度方程为：收稿日期：2014-09-02δ-Fe，作者简介：张帆，男，1986年生，2012年毕业于武汉科技大学钢铁冶金专业，硕士。现为武钢研究院工程师，从事钢种开发工作。；（8）272014

7、年12月山东冶金第36卷γ-Fe，0.012；（9）/%0.008α-Fe，氮含量0.004实测值预测值。（10）002468101214由（8）～（9）式可知，常压下氮在δ-Fe、γ-Fe、增氮时间/min-6-6图1VD工序吹氮过强氮含量预测值与实测值α-Fe中溶解度约为100×10、200×10、0.5×-6过CO气泡携带法脱氮，其脱氮的机理与真空脱氮10。因而，常温常压下钢中氮主要以化合物形式［2］的机理一样，都可以用西华特定律解释。存在。钢中常见氮化物热力学方程如下：［Nb］+［N］=NbN（s），鞍钢简龙等通过统计140炉数据，构建出转

8、炉［7］logK=log（αNαNb）=11100/T－5.38；（11）终点平均碳含量与钢液平均氮含量关系见图2。［Ti