CN104438418A - 一种不锈钢模铸钢锭一火成材的轧制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不锈钢模铸钢锭一火成材的轧制方法，首先确定不锈钢的化学元素成分，按照重量百分比为：碳：0.01～0.40，硅：0.20～0.60，锰：0.20～2.00，镍：0.10～14.00，铬：10.50～23.00，钼：0.00～3.50，铜：0.00～0.50，硫：0.00～0.45，磷：0.00～0.45，氮：0.0200～0.2000，硼：0.0001～0.0010，其余为Fe和不可避免杂质；然后采用两步工艺流程：第一步：电弧炉EAF初炼→AOD精炼→(LF精炼→VD抽气→)模铸；第二步：钢锭加热→直接轧制到成品规格。

Description

一种不锈钢模铸钢锭一火成材的轧制方法

技术领域

本发明涉及一种不锈钢模铸钢锭一火成材的轧制方法，尤其是指不锈钢管坯用大规格、耐腐蚀钢圆钢的成分设计及其制造方法。

背景技术

不锈钢是以铬(Cr≥10.5％)为主要元素，耐气体、水、酸、碱、盐等介质腐蚀的钢种。按钢组织分类，不锈钢主要有：奥氏体不锈钢、体素体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢。

管坯是加工钢管的钢坯，主要有碳钢、低合金钢、不锈钢、高温合金、镍基耐蚀合金等，现有的不锈钢管坯的冶炼方法主要有连铸冶炼、模铸冶炼、感应冶炼和电渣冶炼，而后道的加工主要有：连铸坯直接轧制、模铸钢锭初轧开坯后轧制和模铸钢锭初轧或锻造开坯后锻制。

目前，我国不锈钢管坯多采用连铸坯直接轧制，典型的钢种为304、304L、304H、316、316L等，这种方法生产的优点是工艺简单、生产效率高、成材率较高、制造成本较低等等，但其受连铸坯规格和后道轧制变形小的限制，造成其成品规格(一般直径≤110mm)和压缩比(一般压缩比≤4)较小，无法满足大规格(例如直径>110mm)和高质量钢管(例如锅炉和高温压力容器等)的要求。

中国专利号CN201110442974.1公开了一种以高碳钢、高碳马氏体不锈钢、弹簧钢、轴承钢或高速钢等合金钢作为钢芯，以普通钢、马氏体不锈钢或奥氏体不锈钢作为本体，采用浇铸工艺复合钢锭，再通过精整、热轧一火成材。中国专利CN200810034230.4公开了一种对低磁高锰钢连铸坯加热、除鳞；将连铸坯进行热轧，成为低磁高锰钢板。

但是现有技术都没有公开如何用不锈钢模铸钢锭，设计一火成材大规格耐腐蚀钢圆钢的成分及具体生产工艺。本发明人旨在大量的生产实践中，通过大量的实验，得出优化的配方和参数，从而提供一种大规格(直径>110mm)、经济型(低成本)，高质量(低倍达到1组，各种指标优良)的不锈钢管坯一火成材轧制技术，满足不锈钢钢管生产的需要。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明针对目前不锈钢管坯生产中连铸轧制管坯规格较小以及模铸钢锭多火次轧制的缺点，提供了一种新的不锈钢模铸钢锭一火成材的轧制大规格不锈钢管坯的方法。

本发明的目的是：在不增加冶炼成本的基础上解决不锈钢模铸钢锭多火次轧制的问题；目的是减少加热火次，提高生产效率和产能，尤其是减少了钢锭开坯加热从而降低了能源消耗和烧损，进一步降低了制造成本。本发明对于不锈钢管坯及轴类构件尤为有效，大大提高了生产效率，降低了生产能耗和废气排放。

此外，在大量的生产实践中，通过大量的实验，得出优化的配方和参数，包括：按照常规电弧炉熔炼、精炼工艺及给定的合金元素比例，采用模铸工艺生产钢锭；经过特定的初轧开坯和热连轧工艺直接成材。

从而生产得到的不锈钢管坯在前述优点的基础上，更是意料不到地得到非常高质量的成品，其各种指标优良，低倍更是达到1组，这超出了本领域技术人员的预期。

本发明开发一种钢锭一火成材轧制不锈钢圆钢，其特征在于钢的化学元素成分(重量％)是：碳：0.01～0.40，硅：0.20～0.60，锰：0.20～2.00，镍：0.10～14.00，铬：10.50～23.00，钼：0.00～3.50，铜：0.00～0.50，硫：0.00～0.45，磷：0.00～0.45，氮：0.0200～0.2000，硼：0.0001～0.0010，其余为Fe和不可避免杂质。

成分设计理由或原理：

碳：碳是稳定奥氏体的元素，同时碳在不锈钢中与Cr、Mn、Mo等元素形成碳化物固溶于铁素体中强化集体，使钢的强度和硬度大幅提高，但C过高则对韧性及晶间腐蚀不利，因此碳控制为0.01～0.40％可以在获得高强度的同时确保良好的韧性及耐腐蚀性。

锰：锰是奥氏体稳定化元素，拟制奥氏体的分解。同时，锰可以起到脱氧剂和脱硫剂的作用，可净化钢液，但过高会促使晶粒粗大，此外，在提高钢的耐腐蚀性能方面，锰的作用不大，因此控制为0.20～2.00％。

硅：硅是铁素体形成元素，对形成奥氏体有不良的影响，在奥氏体不锈钢中随着硅含量的提高，δ铁素体含量将增加，从而影响钢的性能。但硅固溶于铁素体和奥氏体中，有明显的强化作用。同时，硅和氧的亲和力仅次于铝和钛，而强于锰、铬、钒，是良好的还原剂和脱氧剂，可提高钢的致密度，但硅过高将显著降低钢的塑性和韧度，因此控制为0.20～0.60％可以保证良好的韧性及耐晶间腐蚀性能。

铬：铬是碳化物形成元素，促进了钢的钝化并促使钢保持稳定钝态的结果。同时，铬又是强烈形成并稳定铁素体的元素，溶于奥氏体中强化集体且不降低韧度，缩小奥氏体区，推迟过冷奥氏体转变。使钢的强度和硬度明显提高，对抗晶间腐蚀和抗氧化能力是有益的。此外铬能细化晶粒，提高调质刚的回火稳定性，因此，本发明钢设计铬含量为10.50～23.00％。

镍：是形成并稳定奥氏体的元素，改善高铬钢的组织，使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能获得改善，使钢具有良好的强度和塑性、韧性的配合。但镍是影响不锈钢成本的主要合金元素，因此控制镍含量为0.10～14.00％。

硼：硼与氧、氮有很强的亲和力，并能与硫、碳化合，亦可与某些金属化合生成硬度较大的硼化物。微量硼加入可改善奥氏体不锈钢热塑性和耐敏化态晶间腐蚀性能，但当硼含量超过一定量时，在钢中形成低熔点的硼化物，降低钢的热加工性能和塑性，因此控制硼含量为0.0001～0.0010％。

钼：钼是形成铁素体的元素，钼能改善奥氏体不锈钢的高温力学性能，在不锈钢中还能形成沉淀析出相，提高钢的强度。此外，钼的加入可以促使不锈钢表面钝化并能有效拟制氢原子在金属表面形成的点蚀，具有增强不锈钢抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力，因此，控制钼含量为0.10～0.60％。

氮：是不锈钢中的重要元素，是一种提高不锈钢强度、耐腐蚀性和奥氏体稳定性的有效元素，除可代替部分镍以节约贵重的镍元素外，还可提高钢的强度和耐腐蚀性能。因此从强塑性和冷热加工性能、疲劳性能及耐高温腐蚀性能考虑，本发明钢加入0.02～0.20％的氮是最合适的含量。

同时，硫、磷、铅、锑、铋在技术条件允许情况下应尽可能降低其含量，以减少原奥氏体晶界处的偏聚，提高韧性。溶于奥氏体中的碳元素与各元素之间达到理想的最佳配比含量，从而使材料具有良好的塑性、韧性、耐腐蚀性等综合性能。

本发明的技术方案如下：

上述不锈钢模铸钢锭一火成材的轧制方法，采用两步工艺流程：

第一步：电弧炉EAF初炼→AOD精炼→(LF精炼→VD抽气→)模铸；第二步：钢锭加热→直接轧制到成品规格。

第一步，电弧炉初炼→AOD精炼→(LF精炼→VD抽气→)模铸

在20～60吨的电弧炉中进行钢液初炼；相应吨位的氩氧精炼炉精炼；模铸浇注；生产12寸、17寸或20寸的合格模铸方锭；冷锭精整或热送轧制。

所述钢锭脱模后可进行冷锭剥皮精整或直接热送轧钢加热炉。

第二步，750轧机初轧开坯+650轧机热连轧至成品

模铸钢锭冷送或热送至轧机进行轧制，按锭型大小和成品规格不同开坯至220方、180方和160方中间坯，热连轧至成品规格。

所述钢锭加热工艺：均热1200±20℃，加热保温时间不低于4小时，开轧温度不低于1050℃；

所述轧制工艺：开坯终轧温度不低于1000℃，开坯道次不大于35道次，前20道次压下量(Δh)控制在25～60mm；进热连轧温度不低于950℃；

冷却方式：定尺锯切后冷床缓冷并收集。

钢锭初轧开坯后不落地直接热连轧，其轧制工艺是独创的技术，采用大压下量控制道次及开坯终轧温度工艺轧制，有效的保证了钢材的组织、性能以及表面质量，避免了表面缺陷和低倍不良的产生。

综上所述，一种不锈钢模铸钢锭一火成材的轧制方法，其特征在于按照常规电弧炉熔炼、精炼工艺及给顶的合金元素比例，采用模铸工艺生产钢锭；经过初轧开坯和热连轧直接成材。

本发明的有益之处在于：

1、质量好。由于采用模铸钢锭轧制，有效的保留了模铸铸态组织的优点，再加上大压下量，压缩比较大，组织致密，比常规连铸连轧管坯低倍组织好。

2、成品规格大。由于采用模铸钢锭轧制，钢锭截面面积大，在较大的压缩比条件小可成材的规格较大，一般可达φ200mm以上。

3、生产效率高。虽然也包含了模铸初轧开坯工序，但其后紧跟热连轧成材，比常规初轧开坯后锻制或扎制成材的工艺流程少了一道修磨和初轧坯再加热，流程缩短，生产效率提高。

4、成本低。常规初轧开坯后锻制或扎制成材的工艺流程相比，由于减少了一道修磨和初轧坯再加热，同时，减少了初扎头尾的切除，成材率也大幅提高，降低了生产成本。

5、能耗少。因减少了一道修磨和初轧坯再加热，可以减少能源消耗，减少废气排放。

附图说明

附图1为本发明的工艺流程示意图。

附图2为本发明与连铸轧制和模铸轧制不锈钢圆钢的组织对比。可见，与常规连铸轧制不锈钢相比，本发明得到的不锈钢圆钢的组织晶粒破碎较充分，组织较为致密。

具体实施方式

实施例1-3

实施例1-3采用不同的不锈钢配方，不同的具体实施工艺参数，按照如下同样的两步法工艺流程生产：

第一步：冶炼

电炉返回钢熔炼，出钢温度不低于1580℃，出钢量25.0～25.8t，钢包内渣量控制在150Kg以内。钢水成分要求：C：0.8～1.2％，Si：0.6～0.9％，Cr：11～12％，P：≤0.040％，Ni:≤0.55％。

AOD精炼兑钢后测温取样，吹氧脱碳。加入石灰800kg、镁砂50kg，吹炼气体氧气：氮气＝1600:200。当温度≥1680℃时加入合金。加完合金后，加入石灰1000～1200kg，吹炼气体为氧气：氮气＝1:1。吹氧脱碳至0.20～0.30％时，测温取样，加入石灰1000～1200kg。终点碳控制≥0.08％，还原期脱氧剂比例控制Si：Al＝6：4，石灰300～500kg，萤石200～300kg。还原后配入合金至内控目标值。拉渣后双渣法操作，加入石灰150～300kg，萤石200～300kg。出钢随钢流加入还原剂。

开浇温度为液相线温度加60～80℃。模铸浇铸12寸～20寸钢锭。

第二步：轧制

加热工艺：加热工艺采取800℃进炉保温，以不大于100℃/h的速度升温至1200℃后保温4小时。

轧制工艺：开轧温度不低于1050℃；开坯终轧温度不低于1000℃，开坯道次不大于35道次，前20道次压下量(Δh)控制在25～60mm；进热连轧温度不低于950℃。定尺锯切后冷床缓冷并收集。

如所轧制钢种为马氏体组织需要进行退火的，按相关退火工艺要求执行。

表1为实施例1-3的不锈钢具体成分组成。

表1实施例1-3的不锈钢具体成分

表2为实施例1-3的具体实施过程工艺参数。

表2实施例1-3的具体实施过程工艺参数

表3为实施例1-3生产得到的不锈钢管坯与常规连铸热轧方法和常规模铸两火轧制方法生产的不锈钢管坯低倍评级对比。

表3本发明与常规方法生产的不锈钢管坯低倍评级对比

低倍评级	锭型偏析	一般疏松	中间疏松
				常规连铸管坯	2.0	3.0	2.0
常规模铸管坯	2.0	2.0	2.0
				实施例1	1.0	1.0	1.0
实施例2	1.0	2.0	1.0
				实施例3	1.0	2.0	2.0

此检测数据只针对上述检测样品。

从实验数据可以看到，本发明的工艺生产得到的不锈钢管坯，低倍组织评级明显较好，整体质量高出预期。

表4为实施例1-3生产得到的不锈钢管坯与常规连铸热轧方法和常规模铸两火轧制方法生产的不锈钢管坯综合成材率及综合成本对比。

表4本发明与常规方法生产的不锈钢管坯综合成材率及综合成本对比

此检测数据只针对上述检测样品。

从以上数据可以看到，本发明工艺生产得到的不锈钢管坯，综合成才率比常规模铸管坯提高了10％以上；综合成本比常规模铸管坯降低了超过800元/吨。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种不锈钢模铸钢锭一火成材的轧制方法，其特征在于其步骤如下：

（1）确定不锈钢的化学元素成分，按照重量百分比为：碳：0.01～0.40，硅：0.20～0.60，锰：0.20～2.00，镍：0.10～14.00，铬：10.50～23.00，钼：0.00～3.50，铜：0.00～0.50，硫：0.00～0.45，磷：0.00～0.45，氮：0.0200～0.2000，硼：0.0001～0.0010，其余为Fe和不可避免杂质；

（2）冶炼：在20～60吨的电弧炉中进行钢液初炼；相应吨位的氩氧精炼炉精炼；模铸浇注；生产12寸、17寸或20寸的合格模铸方锭；冷锭精整或钢锭热送轧制；

所述钢锭脱模后进行冷锭剥皮精整或直接热送轧钢加热炉；

（3）轧制：750轧机初轧开坯+650轧机热连轧至成品

模铸钢锭冷送或热送至轧机进行轧制，按锭型大小和成品规格不同开坯至220方、180方和160方中间坯，热连轧至成品规格；

所述热连轧中钢锭加热工艺为：均热1200±20℃，加热保温时间不低于4小时，开轧温度不低于1050℃；

所述轧制工艺为：开坯终轧温度不低于1000℃，开坯道次不大于35道次，前20道次压下量Δh控制在25～60mm；进热连轧温度不低于950℃；

冷却方式：定尺锯切后冷床缓冷并收集。

2.权利要求1所述的轧制方法生产得到的不锈钢管坯。