含n雙相不鏽鋼的冶煉生產方法

2023-05-02 13:55:51

專利名稱：含n雙相不鏽鋼的冶煉生產方法
技術領域：
本發明涉及冶金行業不鏽鋼的冶煉與澆鑄方法，尤其是指雙相不鏽鋼的冶煉方法。
背景技術：
不鏽鋼是常見的合金鋼，一般可分為奧氏體不鏽鋼、鐵素體不鏽鋼、馬氏體不鏽鋼和雙相不鏽鋼。所謂雙相不鏽鋼是在它的固溶組織中奧氏體相和鐵素體相約各佔50％左右，一般較少相的含量最少也需要達到30％。雙相不鏽鋼不僅具有鐵素體不鏽鋼的優良韌性和焊接性，還兼有奧氏體不鏽鋼的較高強度和耐氯化物應力腐蝕性能，它良好的抗點蝕和抗應力腐蝕性能，能在酸性介質，尤其是在高氯離子環境和高應力腐蝕條件下長期使用，廣泛應用於石油、海洋和化工等領域。
雙相不鏽鋼的基本成分是高鉻(Cr含量＝18～25％，鉻能促進鋼中鐵素體相的形成和穩定，提高鋼的耐晶間腐蝕性能。)，富鎳(Ni含量＝4～7％，Ni是雙相不鏽鋼中主要控制相平衡的元素，有利於擴大鋼中的奧氏體相比例，過高導致鋼中奧氏體相≥50％，會使鐵素體相中更多富集鉻、鉬等促使σ脆性相轉變的元素，降低鋼的韌性；過低導致鋼中鐵素體數量高，降低鋼的塑韌性。)，超低碳(C含量≤0.03％，鋼中C含量較高，焊接時會失去相的平衡，導致耐蝕性及韌性下降，在應用上受到限制。)，適量的鐵素體相形成元素Mo、W，以及適量的奧氏體相形成元素N。
在雙相不鏽鋼中，作為奧氏體相形成元素的N有重要作用在焊接接頭熱影響區快速冷卻時，N促進了高溫下形成的鐵素體逆轉變為足夠的二次奧氏體以維持必要的相平衡，提高接頭的耐蝕性；N可以提高富氮奧氏體相的耐孔蝕能力，與富Cr、Mo的鐵素體相取得平衡，提高了材料整體的耐孔蝕性能；N能減輕Cr、Ni等元素在兩相中分布的差異，降低選擇腐蝕的傾向性。正是由於N的這些獨特效果，含N雙相不鏽鋼的研究開發得到了鋼鐵生產廠家和用戶的歡迎。相對而言，歐美和日韓鋼廠的含N雙相不鏽鋼起步較早，生產工藝較成熟，牌號也成多；而我國則起步較晚，不僅生產規模小，牌號也比較單一，且冶煉工藝尚處於探索階段，尤其是C、N的成分控制較困難，故冶金質量不夠穩定，也未見國內外詳細生產方法的文獻報導。
理論上說，向不鏽鋼鋼液增氮(N)的方法有兩種一種是加入含N合金，但由於含N合金(如氮化錳、氮化鉻等)中的N含量較低且成分不穩定(也就是成分波動較大)，引起N回收率的極不穩定，造成雙相不鏽鋼成品的N含量控制困難，嚴重時造成產品報廢，另外氮化錳、氮化鉻等含N合金的價格比較高，也是正常生產的制約因素；另一種是向鋼液中吹入氮氣(實際生產中，AOD爐精煉前期主要是含氮、氧的混合氣體，一方面脫碳，另一方面增氮。)，這種方法比較經濟實用，有利條件是N在不鏽鋼液中有一定的溶解度，氮氣的價格也比較便宜；難點在於鋼液增N量(或脫N量)受鉻鎳比、碳當量、氮氣在氣氛中的分壓、鋼液溫度及鋼中硫和氧含量等多方面因素的影響，且鋼液中N含量的上下限範圍十分狹窄，比較高級的含N雙相不鏽鋼，N含量的上下限範圍只有0.05％(也就是500ppm，對一個具體的含N雙相不鏽鋼鋼種，N含量太高或太低，會影響鋼中的相平衡，影響鋼的性能。)，因此對鋼中氮的控制十分困難，生產冶煉的難度很大。因此，在關係國民經濟的許多需使用雙相不鏽鋼的重要領域，大都不得不依靠進口解決。

發明內容
本發明開發一種含N雙相不鏽鋼的冶煉生產方法，採用「電弧爐初煉+AOD爐精煉」的方式，在AOD爐冶煉時，通過吹入鋼液中的氮氣(或含氮混合氣體)的時間、流量控制，實現對鋼液中的N含量的控制，生產出符合標準要求的雙相不鏽鋼的鋼錠，提高冶煉合格率，降低生產成本，滿足用戶要求和市場需要。
本發明提供的一種含N雙相不鏽鋼的冶煉生產方法，其特徵是採用「電弧爐初煉+AOD爐精煉」的方式，首先在普通電弧爐內，對爐料進行熔化初煉；然後在AOD爐對鋼液精煉，冶煉出成份和純淨度合格的雙相不鏽鋼鋼液，最後將高溫鋼液澆注成模鑄鋼錠或連鑄鋼坯首先在普通電弧爐內，對返回料、合金、輔料等爐料進行熔化初煉1)冶煉所需的返回料、合金和輔料等原材料配料時，原材料碳含量不受限制(因AOD有良好的脫碳效果)，儘量使用高碳合金(低C鉻合金成本大大高於高C鉻合金)，降低冶煉成本；2)熔化初煉按一般不鏽鋼返回吹氧法操作；3)成分控制Cr、Mo中上限，Ni中限，Si≤0.30％；4)出鋼前拉渣全部，確保無渣出鋼；5)出鋼溫度T≥1620℃(出鋼溫度過低，不能確保AOD開吹溫度≥1540℃。)；然後在AOD爐內進行雙相不鏽鋼鋼液的熔煉；在脫碳期，通過調整氧在氮、氧混合氣體中的分壓，一方面實現高鉻鋼液中碳優先氧化的條件，另一方面實現鋼液中增N的目的；在還原期，通過強烈的惰性氣體(氮氣、氬氣)攪拌和強制脫氧，一方面清洗鋼液，脫氧並去除鋼液中的有害氣體、有害雜質，加速渣中氧化鉻的還原，使電爐從高鉻鋼液脫碳的重負中解脫出來，另一方面通過惰性氣體中氮氣、氬氣的切換，實現鋼液中氮含量的微調，控制N含量的上下限範圍在0.05％(也就是500ppm)之內1)AOD開吹溫度≥1540℃(AOD開吹溫度較低時，吹入鋼液中的氧，與鉻反應，生成氧化鉻，鉻損增加，脫碳困難。)；2)兌鋼畢拉渣部分，測溫、取樣分析(1)；並根據鋼液中[Si]含量加入石灰，石灰加入量＝(3.5～4.2)×G×[Si]，G是煉鋼爐內鋼液重量；按脫碳能力係數，調整氧在氮、氧混合氣體中的分壓(根據脫碳能力係數，在氮、氧混合氣體中，隨著碳含量的下降，調整氧的分壓下降。)，向爐內吹入比例關係是O2∶N2＝(3.0～4.5)∶1的氮、氧混合氣體，在AOD爐進行脫碳、增N、升溫處理；根據分析(1)結果調整成分至內控中限(Cr回收按95％計算，Ni、Mo回收按100％計算)；3)當C約為0.10％(根據吹氧降碳公式計算)時測溫、取樣分析(2)，並切換氮、氧混合氣體流量比例，比例關係是O2∶N2＝(1.5～2.5)∶1；當C約為0.05％(根據吹氧降碳公式計算)時測溫、取樣分析(3)，並切換氮、氧混合氣體流量比例，比例關係是O2∶N2＝(0.3～0.6)∶1；4)當C＜0.010％時，停止吹氮、氧混合氣體，改吹惰性氣體(氮氣、氬氣)清洗鋼液，脫氧並去除鋼液中的有害氣體、有害雜質，惰性氣體流量為400～600m3/h，取樣分析的N含量達到成分上限時，全部吹氬；向爐內加入預還原渣料，渣料配比(3.7～4.5)×G×[Si]的石灰、15～35Kg Si-Fe/噸鋼(根據原始鋼液成份和吹氧總量計算，利用高溫下Si氧化性優於Cr的特點，將已氧化的鉻還原出來，使得總鉻回收率達到95～97％)、電解錳適量、Al適量；預還原時間5～8min，取樣全分析(4)、(5)，並拉渣全部；5)加入還原渣料，渣料配比15～25Kg石灰/噸鋼、0.6～1.0Kg螢石/噸鋼(也就是說，以石灰加入量的3～5％加入；用於改善鋼液的流動性)、Al適量，為確保還原良好，可加Si-Ca適量；吹氮精煉和增氮(鋼液中的N含量在預還原、還原期會有流失)，故根據分析(4)、(5)的N含量結果和氮氣流量，增氮量按100％回收率計算；6)測溫，取樣分析(6)，根據分析(6)微調成分，吹氬精煉並調節鋼中氮含量，氬氣流量400～600m3/h(根據分析(6)的結果及脫氮量公式計算吹氬調節氮含量的時間)；
7)出鋼，有B含量(提高鋼的高溫使用強度)要求的，出鋼時隨鋼流配；最後將高溫鋼液澆注成模鑄鋼錠或連鑄鋼坯。
本發明具有下列優點1.可使用價格低廉的高碳合金，降低生產成本。
2.冶煉操作簡單，可按常規超低碳不鏽鋼進行操作。
3.AOD爐內分三期脫碳，將碳控制在0.010％以下。
4.鋼的硫化物、氧化物、矽酸鹽、點狀非金屬夾雜物級別低，純淨度高。
5.氮含量控制精度高，成本低。
具體實施方案某鋼鐵公司煉鋼車間實施本發明專利，生產22爐SAF2205牌號的雙相不鏽鋼(C＜0.03％，Cr＝22～23％，Ni＝4.5～6.5％，N＝0.15～0.20％，Si＜1％，Mn＝0.40～0.80％，P≤0.025％，S≤0.008％，Mo＝3.0～3.5％，B＝0.0001～0.0010％，氧含量≤0.0040％，Al≤0.025％；硫化物≤1級，氧化物≤2級，點狀夾雜物≤1級)，其工藝流程是20噸交流電弧爐熔化初煉-→18噸AOD熔煉-→模鑄澆注成1.2噸鋼錠(氬氣保護澆注)。第一步，電弧爐熔化初煉初煉爐與其它一般不鏽鋼操作相同，熔清大於80％後吹氧助熔；鋼液溫度大於1660℃時加入還原劑預還原，預還原後取樣全分析，拉渣全部；根據分析結果調整成分，Cr、Mo中上限，Ni中下限，Si≤0.30％；溫度大於1630℃出鋼。第二步，在AOD爐進行雙相不鏽鋼鋼液的熔煉(1)AOD開吹溫度≥1540℃；(2)兌鋼畢拉渣部分，測溫T＝1568℃、取樣分析(a)；加入石灰(3.5～4.2)×G×[Si]＝400Kg；向爐內吹入氮、氧混合氣體(比例關係是O2∶N2＝(3.0～4.5)∶1＝4∶1)，在AOD爐進行脫碳、升溫處理；根據分析(a)結果調整成分至內控中限(Cr回收按96％計算，Ni回收按100％計算)；(3)當C約為0.10％(根據吹氧降碳公式計算)時測溫T＞1700℃、取樣分析(b)，並切換氮、氧混合氣體流量(O2∶N2＝(1.5～2.5)∶1＝2∶1)；(4)當C約為0.05％時測溫、取樣分析(c)，並切換氮、氧混合氣體流量比例，比例關係是O2∶N2＝(0.3～0.6)∶1＝1∶2；(4)繼續吹氧降碳，當C約0.010％左右時，停止吹氮、氧混合氣體，改吹惰性氣體(氮氣、氬氣)清洗鋼液(脫氧並去除鋼液中的有害氣體、有害雜質，)，此時取樣分析的N含量達到成分上限(N＝0.20％)，惰性氣體全部是氬氣，氬氣流量為480m3/h；向爐內加入預還原渣料，渣料配比(3.5～4.2)×G×[Si]＝600Kg石灰、430Kg Si-Fe(22Kg/噸鋼)、電解錳適量。預還原時間7min後，取樣全分析(d、e)，拉渣全部；(5)加入還原渣料，確保還原良好，Al適量，加Si-Ca適量；渣料配比300Kg石灰、(3～5％)×300Kg＝15Kg螢石；吹氮精煉和增氮，根據取樣全分析(d、e)的N含量(N＝0.12％)、氮氣流量(480m3/h)，增氮量按100％回收率計算，吹氮精煉1-2分鐘；(6)測溫，取樣分析(f)，根據分析(f)微調成分，吹氬精煉1-2分鐘，氬氣流量為480m3/h；(7)出鋼，隨鋼流配0.0004％～0.0010％的B。第三步，採用模鑄工藝將高溫鋼液澆鑄成1.2噸鋼錠採用氬氣保護澆注工藝(提高鋼液的的純潔度)；澆注溫度為1525～1535℃，鎮靜時間6分鐘；以合理的澆注速度(澆注時間7min)，使保護渣均勻熔化和鋼液均勻上升，將高溫鋼液澆鑄成鋼錠。本發明專利具有冶煉操作簡單、原材料合金配料限制少、冶金動力學條件良好、生產成本低、裝備和工藝通用性強的特點，實施本發明專利生產出的SAF2205雙相不鏽鋼，其化學成分完全滿足內控要求，鋼中硫、氧、氫含量接近真空脫碳法的水平，硫化物、氧化物、矽酸鹽、點狀非金屬夾雜物級別低，氮的控制精度高，經軋制和穿管後製成的成品，性能符合用戶質量標準，合格率100％，滿足了國內大規模生產含N雙相不鏽鋼的要求。
權利要求
1.含N雙相不鏽鋼的冶煉生產方法，其特徵是採用「電弧爐初煉+AOD爐精煉」的方式，首先在普通電弧爐內，對爐料進行熔化初煉；然後在AOD爐對鋼液精煉，冶煉出成份和純淨度合格的雙相不鏽鋼鋼液，最後將高溫鋼液澆注成模鑄鋼錠或連鑄鋼坯第一步，在普通電弧爐內，對返回料、合金、輔料等爐料進行熔化初煉1)冶煉所需的返回料、合金和輔料等原材料配料時，原材料碳含量不受限制，儘量使用高碳合金；2)熔化初煉按一般不鏽鋼返回吹氧法操作；3)成分控制Cr、Mo中上限，Ni中限，Si≤0.30％；4)出鋼前拉渣全部，確保無渣出鋼；5)出鋼溫度T≥1620℃；第二步，在AOD爐內進行雙相不鏽鋼鋼液的熔煉；在脫碳期，通過調整氧在氮、氧混合氣體中的分壓，一方面實現高鉻鋼液中碳優先氧化的條件，另一方面實現鋼液中增N的目的；在還原期，通過強烈的惰性氣體(氮氣、氬氣)攪拌和強制脫氧，一方面加速渣中氧化鉻的還原，使電爐從高鉻鋼液脫碳的重負中解脫出來，另一方面通過惰性氣體中氮氣、氬氣的切換，實現鋼液中氮含量的微調，控制N含量的上下限範圍在0.05％之內1)AOD開吹溫度≥1540℃；2)兌鋼畢拉渣部分，測溫、取樣分析(1)；並根據鋼液中[Si]含量加入石灰，石灰加入量＝(3.5～4.2)×G×[Si]，G是煉鋼爐內鋼液重量；向爐內吹入比例關係是O2∶N2＝(3.0～4.5)∶1的氮、氧混合氣體，在AOD爐進行脫碳、增N、升溫處理；根據分析(1)結果調整成分至內控中限Cr回收按95％計算，Ni、Mo回收按100％計算；3)當C約為0.10％時測溫、取樣分析(2)，並切換氮、氧混合氣體流量比例為O2∶N2＝(1.5～2.5)∶1；當C約為0.05％時測溫、取樣分析(3)，並切換氮、氧混合氣體流量比例為O2∶N2＝(0.3～0.6)∶1；4)當C＜0.010％時，停吹氮、氧混合氣體，改吹惰性氣體(氮氣、氬氣)清洗鋼液，脫氧並去除鋼液中的有害氣體、有害雜質，惰性氣體流量為400～600m3/h，取樣分析的N含量達到成分上限時，全部吹氬；向爐內加入預還原渣料，渣料配比(3.7～4.5)×G×[Si]的石灰、15～35KgSi-Fe/噸鋼、電解錳適量、Al適量；預還原時間5～8min，取樣全分析(4)、(5)，並拉渣全部；5)加入還原渣料，渣料配比15～25Kg石灰/噸鋼、0.6～1.0Kg螢石/噸鋼、Al適量，Si-Ca適量；吹氮精煉和增氮，根據分析(4)、(5)的N含量結果和氮氣流量，增氮量按100％回收率計算；6)測溫，取樣分析(6)，根據分析(6)微調成分，吹氬精煉並調節鋼中氮含量，氬氣流量400～600m3/h，根據分析(6)的結果及脫氮量公式計算吹氬調節氮含量的時間；7)出鋼，有B含量要求的，出鋼時隨鋼流配；最後將高溫鋼液澆注成模鑄鋼錠或連鑄鋼坯。
全文摘要
含N雙相不鏽鋼的冶煉生產方法，其特徵是第一，在電弧爐內按不鏽鋼返回吹氧法進行熔化初煉。第二，在AOD爐內冶煉出成分和純淨度合格的含N雙相不鏽鋼鋼液(1)開吹溫度≥1540℃；(2)脫碳期，吹入N
文檔編號C22C33/04GK1563463SQ20041001711
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月23日 優先權日2004年3月23日
發明者胡俊輝, 朱誠, 王子慶, 徐松乾, 季文龍 申請人:寶鋼集團上海五鋼有限公司