电渣重熔工艺对高氮钢脱硫的影响

严超峰

高氮奥氏体不锈钢具有屈服强度、拉伸强度高和延展性好，低磁导率等特点，其中高氮铬锰奥氏体钢（如Mn18Cr18N）是目前世界上金属材料中强韧性达到最佳配合的材料之一。由于高氮钢的无磁性、高强度和高的抗应力腐蚀能力，Mn18Cr18N已经广泛应用于大容量汽轮机组（300MW以上）的护环。

目前，Mn18Cr18N通常采用氮气保护电渣重熔工艺进行制备。电渣重熔不仅仅能实现近平衡凝固，同时可以显著降低钢中的夹杂物，改善其在组织中的分布，从而实现材料的强度、韧性和耐腐蚀性的提高。本试验将以高氮钢Mn18Cr18N为例，研究电渣重熔的脱硫效果和影响因素，分析提高电渣重熔脱硫效率的有效手段。
实验用钢种为Mn18Cr18N高氮钢，其冶炼流程为氮气保护感应熔炼+氮气保护电渣重熔。其中，氮气保护感应熔炼中采用0.8MPa下添加氮化铬铁进行增氮，冶炼完成后氮的质量分数大于0.6%。
感应炉制备高氮钢锭后，锻造成Φ80mm长约990mm自耗电极，将其焊接到假电极后进行电渣重熔，重熔过程中为了提高氮的收得率，采用0.1MPa高纯氮气保护，电极化到余量20%左右时降低化料速度进行热封顶，为了避免假电极化掉污染钢液，在自耗电极剩余5%左右时结束冶炼。冶炼中由于采用气氛保护电渣重熔，可忽略大气氧化的影响，重熔过程中不添加脱氧剂。
为了对比不同渣系对重熔过程中脱硫的效果，本次实验采用常用的二元渣系（AF7）和三元渣系（CAF6）2种不同渣系，分析其在高氮钢电渣重熔中的脱硫效果，渣系成分详见表1，渣量为3.5kg。同时，为了分析重熔速率对脱硫的影响，在同一种渣系下采用不同的重熔速率进行试验研究。对电渣重熔前后夹杂物进行电镜及成分分析。
表1  电渣重熔2种渣系成分表（质量分数，%）

渣系	SiO2	CaF2	Al2O3	CaO	FeO
1	1	69	29		1
2	1	58	20	20	1

分析结果表明：硫化物夹杂的平均直径和单位面积数量大大减少，夹杂物的主要类型为MnS+Al2O3复合型夹杂物；适度提高渣中CaO含量可提高硫分配比，是提高脱硫效率的有效手段。同时，实验结果表明重熔速率对电渣重熔中的脱硫率具有重要影响。通过脱硫动力学推导，发现重熔速率越低，脱硫效果越明显，但实验发现脱硫率随重熔速率的降低有时呈现先降低后升高的趋势，其原因在于渣池中发生硫化物富集，导致“回硫”现象发生，降低了脱硫率。

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