高压电渣重熔(High voltage slag remelting)是一种在密闭系统中和高压气氛(通常为氮气)下进行的电渣重熔。氮是一种奥氏体稳定元素,它能够显著地增加奥氏体不锈钢的屈服强度及抗张强度并改善其疲劳性能。例如,对于AISI 304不锈钢,当钢中含氮0.8%,屈服点从不含氮的200N/mm,增至600N/mm;当钢中含氮1.5%时,疲劳强度从200N/mm。增至500N/mm。


  

简介

高压电渣重熔(High voltage slag remelting)是一种在密闭系统中和高压气氛(通常为氮气)下进行的电渣重熔。氮是一种奥氏体稳定元素,它能够显著地增加奥氏体不锈钢的屈服强度及抗张强度并改善其疲劳性能。例如,对于AISI 304不锈钢,当钢中含氮0.8%,屈服点从不含氮的200N/mm,增至600N/mm;当钢中含氮1.5%时,疲劳强度从200N/mm。增至500N/mm1。

氮在钢中的溶解度

氮在钢中的溶解度,取决于钢液面上氮的分压。为了提高氮在钢中的溶解度,需提高钢中固溶的氮含量,必须使钢液面上有高的氮压力,高压电渣重熔,就是为提供这一条件而发展起来的。高压电渣重熔与普通电渣重熔的差别在于渣面以上的熔炼空间是密闭的,熔炼在高压下进行,渣料及合金料的添加也是在密闭条件下进行的(图1)2。

国外发展状况

德国于1980年建成一台高压电渣重熔设备,该炉可生产直径1m、重达14t的锭子,熔炼室氮气压力为4.2MPa。这台炉子建立的背景是:新一代核电站发电设备需要屈服强度为1420N/mm。的无磁护环,用大气熔炼的含C 0.5%、Mn 18%、Cr 4.5%和N 0.1%的奥氏体钢远远不能满足要求。

为了解决这一问题,一种办法是改用价格较贵的A-286(相当于中国的GH132)时效硬化奥氏体高温合金,另一种办法是建一台专用设备,生产高氮不锈钢。综合考虑,德国采用了后一种办法,建成了上述高压电渣重熔炉,重熔出了含Mn 18%、Cr 12%和N 0.8%及1.05%的奥氏体不锈钢,只用20%的冷加工量,其屈服强度便可高于1500N/mm2,从而满足了核电设备的要求。高氮不锈钢在大幅度提高屈服强度的同时,韧性及热加工性能的降低不大。这一点也很重要3。

电渣重熔

电渣重熔的基本过程:将平炉、在铜制水冷结晶器中注入熔融的碱性渣,自耗电极一端插入渣池;自耗电极、渣池、金属熔池、铸锭、底水箱通过短网电缆和变压器形成回路;渣池靠本身的电阻加热到高温,自耗电极的端部被熔渣加热熔化,形成金属熔滴,然后金属熔滴脱落,穿过渣池进入金属熔池;由于水冷结晶器强制冷却作用,液态金属迅速凝固形成锭子,铸锭由下而上地顺序凝固,使金属熔池和渣池不断向上移动,上升渣池在水冷结晶器的内壁上形成一层渣壳,这层渣壳不仅使铸锭表面平滑、光洁,也起绝缘作用,由于铸锭上端有热源,下面底水箱具有制冷作用,促使铸锭结晶自下而上2。

展望

与高压电渣重熔生产高氮不锈钢工艺类似的,尚有高压感应熔炼及高压等离子熔炼,但高压感应熔炼仅限于实验室规模,高压等离子熔炼也只发展到半工业规模,锭重1t多3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学

高压电渣重熔

图文简介

高压电渣重熔(High voltage slag remelting)是一种在密闭系统中和高压气氛(通常为氮气)下进行的电渣重熔。氮是一种奥氏体稳定元素,它能够显著地增加奥氏体不锈钢的屈服强度及抗张强度并改善其疲劳性能。例如,对于AISI 304不锈钢,当钢中含氮0.8%,屈服点从不含氮的200N/mm,增至600N/mm;当钢中含氮1.5%时,疲劳强度从200N/mm。增至500N/mm。