本发明涉及不锈钢冶炼，尤其是一种真空感应炉制备高氮奥氏体钢的快速增氮方法。
背景技术：
1、氮是强烈的奥氏体形成元素，作为合金元素可以和钢中的其它合金元素(如铬、钒、铌等)交互作用，赋予奥氏体钢许多优异性能，如提高力学性能，改善耐蚀性能，甚至可替代一部分昂贵的镍。近些年，随着工业化快速发展，对金属材料的要求越来越高，尤其是在一些特殊的环境中，如核聚变、氢能源等，20k以下温区用高强度、高韧性、耐腐蚀的高品质奥氏体不锈钢被认为是最有研究和开发价值的新材料之一，高氮奥氏体钢便属其中。高氮奥氏体钢要求纯度高、氧含量低、氮含量高，由于氮是气体元素,在钢中的溶解度较低，加入增氮合金又不可避免会带入大量的氧，造成制约研制的关键环节之一就是冶炼难度大，寻求经济高效、稳定可靠的冶炼工艺势在必行、意义重大。
2、目前增氮控氧工艺主要有以下四种：第一种是利用加压感应炉生产，该方法存在设备昂贵、不普及等缺点，主要用于生产[n]≥0.6％的特殊钢。第二种是采用真空炉充较低压力的氩气或氮气后添加氮化合金的增氮方法，存在后期加入合金量大熔化困难，氮扩散慢，钢液纯净度差等问题，不适合冶炼[n]＞500ppm的钢。第三种是采用真空炉充较高氮气压力，利用气相直接渗氮的方法增氮，该方法适合生产[n]＜3000ppm的钢。第四种利用中频炉等常压冶炼工艺，存在增氮合金吸收率低、钢液洁净度差的技术问题。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是提供一种真空感应炉制备高氮奥氏体钢的快速增氮方法。
2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括精炼脱氧、合金化及增氮和终脱氧步骤；
3、所述合金化及增氮步骤：向炉内回填氮气进行气相渗氮，根据式(ⅱ)计算回填氮气t时钢液含氮量[n]t：
4、
5、式(ⅱ)中：[n]0为回填氮气前钢液含氮量，％；[n]p为钢液饱和含氮量，％；[n]t为回填氮气后的钢液含氮量，％；s为钢液与氮气接触面积，cm2；v为炉内钢液体积，cm3；k为回填氮气过程传质系数，cm/s；t为回填氮气时间，min；
6、回填氮气结束后，加入金属锰，根据式(ⅱ)所计算回填氮气后的钢液含氮量[n]t与高氮奥氏体钢目标氮含量来确定氮化铬铁添加量，加入氮化铬铁进行固相补氮。
7、进一步的，所述回填氮气压力78±1kpa，回填氮气时间为60～150min。
8、进一步的，所述精炼脱氧步骤，精炼结束氧含量≤10ppm。
9、进一步的，所述终脱氧步骤，氮化铬铁熔清后加入铝进行脱氧。
10、更进一步的，所述铝加入量为：加铝量＝0.03g0-g×ω，其中g0为氮化铬铁加入量，kg；g为装入量，kg；ω为钢中残铝含量，％。
11、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明利用真空炉冶炼，通过控制回填氮气压力、保持时间，完成气相渗氮和氮化铬铁合金固相补氮的双相快速增氮；采用回填氮气气相渗氮和氮化铬铁合金固相补氮相结合的方式快速高效完成增氮，钢液在一定的氮分压和温度范围内，快速准确完成气固双相增氮和控制氧含量、杂质元素含量的目标，可制备出氮含量3000～4500ppm的高氮奥氏体钢。
12、本发明通过控制精炼脱氧的氧含量、充氮后加铝终脱氧实现控制氧含量，能控制氧含量≤20ppm。得到[n]介于3000～4500ppm，[o]≤20ppm的洁净奥氏体钢。
1.一种真空感应炉制备高氮奥氏体钢的快速增氮方法，其特征在于：其包括精炼脱氧、合金化及增氮和终脱氧步骤；
2.根据权利要求1所述的一种真空感应炉制备高氮奥氏体钢的快速增氮方法，其特征在于：所述回填氮气压力78±1kpa，回填氮气时间为60～150min。
3.根据权利要求1所述的一种真空感应炉制备高氮奥氏体钢的快速增氮方法，其特征在于：所述精炼脱氧步骤，精炼结束氧含量≤10ppm。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种真空感应炉制备高氮奥氏体钢的快速增氮方法，其特征在于：所述终脱氧步骤，氮化铬铁熔清后加入铝进行脱氧。
5.根据权利要求4所述的一种真空感应炉制备高氮奥氏体钢的快速增氮方法，其特征在于，所述铝加入量为：加铝量＝0.03g0-g×ω，其中g0为氮化铬铁加入量，kg；g为装入量，kg；ω为钢中残铝含量，％。
