CN102943148B - 一种高纯净不锈钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种高纯净不锈钢的制备方法。该方法包括以下步骤：将熔化的原料置于AOD精炼炉中进行脱碳并还原脱硫，得到熔钢；然后输送到钢包；再进行连铸；其中，AOD精炼炉的处理包括以下步骤：吹氧脱碳结束后，投入硅铁同时造渣脱硫，脱硫至炉中S含量＜0.01重量％时，从AOD精炼炉中第一次出钢到钢包，在钢包内进行扒渣后，将熔钢重新兑入AOD精炼炉中并从新造渣，吹氧并炉渣碱度控制在1.4-1.8范围内，然后吹入氩气进行搅拌，至炉中S含量＜0.01％时，从AOD精炼炉中第二次出钢，得到熔钢。该制备方法采用AOD精炼炉，通过双渣法，防止硬性夹杂物的产生，从而制备得到高纯净不锈钢。
Description
技术领域
本发明涉及一种高纯净不锈钢的制备方法，属于不锈钢冶炼领域。
背景技术
通过现有技术文献得知，如CN1524968A的图1a及图1b所示，不锈钢中存在硬性夹杂物的时候，所制备得到的冷轧钢卷的表面会出现图示的缺陷。这是由于这些夹杂物在低温下不具有变形能力，在冷轧压延的时候会导致表面缺陷或裂纹。CN1524968A的图2为冷轧钢卷中尖晶石形成率与表面缺陷指数之间的关系的曲线图。其中，尖晶石形成率(％)＝尖晶石类夹杂物数/所有观察到的夹杂物数×100，表面缺陷指数＝夹杂物引起的线性裂纹数/1km冷轧钢卷。如图2所示，冷轧钢卷的表面缺陷和连铸坯中的尖晶石形成率有密切的关系，当连铸坯中尖晶石形成率低于40％的时候，就能生产出表面缺陷指数1以下的品质良好的冷轧钢卷。因此，想要获得表面品质良好的高纯净不锈钢冷轧钢卷或钢板，控制连铸坯中的硬性尖晶石(MgO·Al2O3)夹杂物的含量至关重要。
在不锈钢精炼过程中，去除上述硬性夹杂物或夹杂物改质处理使夹杂物低熔点化的工艺一般在氩氧脱碳(AOD)精炼炉中实施。AOD精炼时首先吹氧把碳脱到目标含量，再投入还原剂硅铁以及石灰，萤石等造渣材料，并吹入氩气等惰性气体搅拌。通过上述工艺，可以实现脱碳，还原，脱硫，去夹杂等功能。
一般地，AOD精炼的时候为了避免出现MgO·Al2O3或Al2O3等硬性夹杂物，通常采用硅锰复合脱氧。但是精炼过程中还是会出现一部分MgO·Al2O3或Al2O3等硬性夹杂物，其原因如下：由于AOD精炼结束后，采用渣钢混出的方式，在出钢过程中，熔渣会卷入到熔钢中，造成大量渣滴悬浮在熔钢中，其中较小的渣滴如果在熔钢进入连铸结晶器前不能从熔钢中上浮排除，就会残留在连铸坯中，成为夹杂物。如图3(Formation Mechanism of Spinel-Type Inclusions in High-Alloyed Stainless Steel Melts，J.H.Park：Metall.Trans.B，38B(2007)，657.)所示，这些悬浮在熔钢中的夹杂物会随着温度的降低从AOD精炼炉出钢到连铸过程中与熔钢中的Al反应，因而成分发生变化，最终变成尖晶石(MgO·Al2O3)夹杂物。据此，夹杂物成分变化的程度，跟熔钢中的Al含量有关，熔钢中的Al含量高的时候就会变成尖晶石(MgO·Al2O3)夹杂物。即使采用硅锰复合脱氧，还是会有一部分Al从原料或其它方式带入到熔钢中，当熔钢中Al浓度超过某一值之后就会出现MgO·Al2O3或Al2O3等硬性夹杂物。Todoroki等(FormationMechanism of Spinel Type Inclusion in 304stainless steel Deoxidized with FerrosiliconAlloys，H.Todoroki，K.Mizuno，M.Noda and T.Tohge：84th Steelmaking.Conf.Proc.，Baltimore，MD，ISS，(2001)，331.)通过实验室研究证明了Al含量跟尖晶石夹杂物出现之间的关系，并给出了如图4所示的相稳定图。从图4中可以看出，即使熔钢中存在少量Al(＜0.01％)，夹杂物也会从硅酸盐变成尖晶石(MgO·Al2O3)。
综上所述，是否出现尖晶石(MgO.Al2O3)夹杂物跟熔钢中的Al含量有密切的关系。熔钢中的Al含量除了受原料中带入的Al含量有关外还跟炉渣的碱度(CaO/SiO2)，耐材的种类，炉渣中％Al2O3含量有关。这是由于在AOD精炼中存在如下可逆化学反应式所示的渣钢平衡：2Al2O3+3Si＝3SiO2+4Al，该式中Al2O3，SiO2表示炉渣中三氧化二铝跟二氧化硅，Si，Al表示熔钢中的硅与铝。从反应式中可以看出，增加炉渣中的Al2O3或降低炉渣中的SiO2即提高碱度(CaO/SiO2)，都会使反应向右移动，导致熔钢中的铝增加。因此，减少熔钢中的铝含量可以从三方面解决：1、减少原料中或耐材中的Al来源；2、降低炉渣碱度(CaO/SiO2)；3.减少炉渣中Al2O3含量。
CN1524968A公开了一种高纯度不锈钢的精炼方法，在该方法中，为了防止硬性夹杂物MgO·Al2O3的出现，把精炼炉还原渣碱度(CaO/SiO2)控制在1.5到1.8之间，并控制还原渣中％MgO+％Al2O3＜13％。同时在AOD装入之前预脱硫，确保精炼炉中装入硫较低的水平来保最终产品中硫不出格。
现有技术基本上都是以低碱度(碱度(CaO/SiO2)＜1.9)为特征，并控制炉渣中％MgO和％Al2O3的含量。但是，低碱度(CaO/SiO2)会导致精炼炉脱硫能力的下降，当原料中带入的S含量比较高的时候低碱度(CaO/SiO2)会导致产品中的硫超限。在低碱度(CaO/SiO2)的情况下，为了使产品中的硫不超过规定的上限，只能通过降低原料中的硫含量来降低产品中的硫。由于低碱度条件下渣钢间硫的分配比大概为30，这就要求AOD精炼炉中装入硫的浓度小于0.015wt％。这种方法会导致低价原料使用量减少，原料费用上升，而且原料中硫的来源比较多，控制起来十分不稳定，经常出现原料中的硫高导致产品中的硫超限。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高纯净不锈钢的制备方法。本发明的目的在于提供一种高纯净不锈钢的制备方法。该制备方法采用AOD精炼炉，通过控制脱硫工艺和造渣方法，防止产品中出现高熔点的硬性夹杂物，从而制备得到没有表面缺陷的高纯净不锈钢。
本发明的目的还在于提供一种高纯净不锈钢，其由上述的制备方法所制备得到。
为达上述目的，本发明提供一种高纯净不锈钢的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将熔化后的原料置于AOD精炼炉中进行处理，得到熔钢；然后从AOD精炼炉出钢到浇筑钢包；再进行连铸，得到连铸坯；
其中，将熔化后的原料置于AOD精炼炉处理包括以下步骤：
a.AOD精炼炉中吹氧脱碳结束后，投入硅铁还原炉渣中氧化铬，同时造渣脱硫，脱硫至炉中S含量＜0.01重量％时，从AOD精炼炉中第一次出钢至钢包，在钢包内进行彻底扒渣，然后将扒渣后的熔钢重新兑入AOD精炼炉中；
b.熔钢重新兑入AOD精炼炉后，吹入氧气，氧化熔钢中的硅以产生SiO2，并控制炉渣碱度(CaO/SiO2)在1.4-1.8的范围内；氧气吹入结束后，吹入氩气并进行搅拌，至炉中S含量＜0.01重量％，从AOD精炼炉中第二次出钢，得到熔钢。
在上述制备方法中，优选地，该方法还包括以下步骤：将所述连铸坯依次进行热轧和冷轧后，得到所述的高纯净不锈钢。
在上述制备方法中，优选地，在步骤a的吹氧脱碳结束后，投入硅铁还原炉渣中氧化铬的同时，加入石灰和萤石造渣；硅铁投入量为吨钢15kg-30kg；石灰投入量为吨钢40kg-100kg，使炉渣碱度(CaO/SiO2)控制在1.8以上；萤石投入量为石灰投入量的15％-25％。其中，石灰的作用是调节碱度，萤石的作用是使炉渣具有良好的流动性。
在上述制备方法中，优选地，在步骤a中，在造渣脱硫的同时吹氩气并搅拌进行。
在上述制备方法中，优选地，在步骤a中，从AOD精炼炉中第一次出钢至钢包，在钢包内进行扒渣后，残留的渣层厚度＜50mm。
在上述制备方法中，优选地，在步骤b中，吹入氧气量为吨钢4Nm3-6Nm3；在吹入氧气的同时，投入石灰和萤石，石灰投入量为吨钢15Kg-18Kg，萤石投入量为石灰投入量的15％-25％，使吨钢渣量大于30kg。
在上述制备方法中，优选地，在步骤b中，吹氩气的时间大于5min，使炉渣充分融化并渣钢反应达到平衡。
在上述制备方法的步骤b中，吹入氧气使熔钢中的硅充分氧化成SiO2后，即可停止吹氧，本领域技术人员能够根据本发明的描述判断何时结束吹氧。
在上述制备方法中，优选地，所述钢包为白云石钢包。通过使用白云石钢包，可以减少炉渣中的Al2O3含量以防止尖晶石夹杂物的出现。
在上述制备方法中，优选地，以重量百分含量计，使用的硅铁为铝含量＜0.1％的硅铁。通过使用低铝含量的硅铁，可以减少原料中带入的Al，从而避免尖晶石夹杂物的出现。
在上述制备方法中，优选地，所有使用的原料都是常规规格的原料，对硫含量不做特别的限制。
在上述制备方法中，优选地，将所述连铸坯依次进行热轧和冷轧后，得到冷轧钢卷。所述冷轧钢卷的厚度少于0.3mm。
在本发明的制备方法中，原料的熔化为本领域常规的熔化操作，可以在电炉中进行；连铸、热轧以及冷轧均为本领域的常规工艺，因此不再敖述。
本发明提供一种高纯净不锈钢，其由上述的制备方法所制备得到。该高纯净不锈钢中硬性夹杂物MgO·Al2O3的发生率为0％。
本发明的高纯净不锈钢的制备方法采用AOD精炼炉，通过双渣法，在AOD精炼炉装入硫较高的情况下，即能较好的脱硫，又能抑制硬性夹杂物的产生，从而比较经济地制备得到没有表面缺陷的高纯净不锈钢。
附图说明
图1a表示由于STS钢中硬性MgO·Al2O3夹杂物造成的在冷轧钢卷表面的线性裂纹；
图1b表示由于STS钢中硬性MgO·Al2O3夹杂物造成的在冷轧钢卷表面的加工裂纹；
图2表示冷轧钢卷中尖晶石形成率与表面缺陷指数之间的关系的曲线图；
图3表示从AOD精炼炉出钢到连铸过程中悬浮在熔钢中的夹杂物的成分变化；
图4表示熔钢中Al、Mg浓度的相稳定图；
图5表示实施例1制得的连铸板坯中夹杂物成分在相图中的分布。
具体实施方式
实施例1及2
实施例1及2分别提供一种高纯净不锈钢的制备方法，其包括以下步骤：
按照所要制备的高纯净不锈钢的化学成分(见表1所示，实施例1及2制备的是STS304钢)，将废不锈钢，高碳铬铁，镍生铁等原料装入140吨电炉中融化；
将在电炉中熔化后的主要原料置于150吨AOD精炼炉中进行脱碳精炼处理：脱碳结束后，吨钢投入25kg硅铁，80kg石灰，16kg萤石，同时吹氩气搅拌进行还原脱硫，控制炉渣碱度为2.2；待熔钢中的S＜0.01％后，用钢渣混出的方式出钢到钢包；在钢包利用把渣机彻底的扒渣，扒渣后残留的渣厚度小于30mm；
扒完渣后熔钢重新兑入AOD并吨钢吹氧4Nm3，同时投入吨钢15Kg石灰，3kg萤石造新炉渣，控制炉渣碱度为1.5，渣量为吨钢30Kg；吹氧结束后，吹氩8分钟同时进行搅拌，使渣钢反应达到充分的平衡；吹氩结束后，AOD精炼炉第二次出钢，得到熔钢，然后浇筑钢包，再经连铸，得到连铸板坯；将所述连铸板坯进行热轧和冷轧后，制得厚度0.3mm，宽度1200mm的钢卷。
在上述方法中，所使用的钢包为白云石钢包。所采用的原料中的硅铁为铝含量＜0.1％(重量百分含量)的硅铁。
对比例1及2
对比例1及2分别提供一种采用现有工艺的不锈钢的制备方法，本领域技术人员能够得知其具体步骤，因此不再敖述。
表1实施例及对比例的高纯净不锈钢的成分(wt％)
| C | Si | Mn | Cr | Ni | S | N |
| 0.035 | 0.5 | 1.1 | 18.2 | 8.1 | ＜0.01 | 0.035 |
实施例1及2，和对比例1及2的工艺条件及所制得的不锈钢产品中的硫含量和尖晶石(MgO·Al2O3)夹杂物的出现率如表2所示。在表2中，装入硫含量是指所采用的原料中的S的重量含量。不锈钢产品中尖晶石(MgO·Al2O3)夹杂物的检测方法为：在所制得的连铸板坯的中心取样，制备得到样片，利用光学显微镜观察样片上表面深度1mm处的夹杂物，并利用电子显微镜(SEM、EPMA)检测每个样片中5个以上位置上夹杂物的成分以及硬性夹杂物MgO·Al2O3的发生率。
表2
此外，图5为实施例1制得的连铸板坯中夹杂物成分在相图中的分布。从图5中可以看出，实施例1制得的连铸板坯中的夹杂物全部分布在低熔点范围内(熔点＜1300℃)，不存在高熔点的夹杂物，即不存在尖晶石等硬性夹杂物。
综上所述，本发明提供的高纯净不锈钢的制备方法，通过控制脱硫工艺和造渣方法，能够防止连铸坯中出现高熔点的硬性夹杂物，提高后续工艺中所述夹杂物的延展性，防止最终产品的表面缺陷和裂纹，并同时提高了生产的经济性。
Claims (6)
1.一种高纯净不锈钢的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将熔化后的原料置于AOD精炼炉中进行处理，得到熔钢；然后从AOD精炼炉出钢到浇注钢包；再进行连铸，得到连铸坯；其中，将熔化后的原料置于AOD精炼炉处理包括以下步骤：
a.AOD精炼炉中吹氧脱碳结束后，投入硅铁还原炉渣中氧化铬，同时加入石灰和萤石造渣，硅铁投入量为吨钢15kg-30kg，石灰投入量为吨钢40kg-100kg，使炉渣碱度控制在1.8以上，萤石投入量为石灰投入量的15%-25%，同时造渣脱硫，脱硫至炉中S含量<0.01重量%时，从AOD精炼炉中第一次出钢至钢包，在钢包内进行扒渣，残留的渣层厚度<50mm，然后将扒渣后的熔钢重新兑入AOD精炼炉中；
b.熔钢重新兑入AOD精炼炉后，吹入氧气，吹入氧气量为吨钢4Nm3-6Nm3，氧化熔钢中的硅以产生SiO2,在吹入氧气的同时，投入石灰和萤石，石灰投入量为吨钢15kg-18kg，萤石投入量为石灰投入量的15%-25%，使吨钢渣量大于30kg，并控制炉渣碱度在1.4-1.8的范围内；氧气吹入结束后，吹入氩气并进行搅拌，吹氩气的时间大于5min，至炉中S含量<0.01重量%，从AOD精炼炉中第二次出钢，得到熔钢。
2.如权利要求1所述的制备方法，该方法还包括将所述连铸坯依次进行热轧和冷轧后，得到所述的高纯净不锈钢。
3.如权利要求1所述的制备方法，其中，所述钢包为白云石钢包。
4.如权利要求1所述的制备方法，其中，以重量百分含量计，使用的硅铁为铝含量<0.1%的硅铁。
5.如权利要求1或2所述的制备方法，其中，将所述连铸坯依次进行热轧和冷轧后，得到冷轧钢卷。
6.一种高纯净不锈钢，其为权利要求1-5任一项所述的高纯净不锈钢的制备方法所制备得到。
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