CN105908101A - 一种超低碳氮钢及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁材料技术领域,尤其涉及一种超低碳氮钢及制备方法,其特征在于:以超低碳氮钢总量计,所述C≤0.030,Si≤0.75,Mn≤2.00,P≤0.045,S≤0.030,Cr 18.00‑20.00,Ni 8.00‑12.00,N≤0.10,其余为Fe,计量单位为重量%。钢中碳和氮含量低,方法简单,易操作,成本低,产品性能质量高,提高脱碳速度,缩短冶炼时间。
Description
技术领域
本发明属于钢铁材料技术领域,尤其涉及一种超低碳氮钢及制备方法。
背景技术
在不锈钢的二步法冶炼流程中,AOD作为一种氩氧脱碳炉被很多厂家采用。AOD的吹炼方式是通过炉侧喷吹氩气与氧气的混合气体进行,因此,侧吹的方式与强度不仅对溶池内的物理化学现象产生重要的影响,而且也直接影响炉衬的寿命和生产成本。
来自独联体的GOR气氧冶炼技术,经过十几年探索,已在俄、乌等国用于新厂建设和老厂改造,其优点是炉料选择宽,可使用价格便宜的高碳铬铁替代费用较高的中低碳铬铁,大量使用碳素废钢。但是从世界范围来看,GOR的使用数量远远不能和AOD相比,对GOR的研究也相对较少。
GOR转炉由于炉型的不同,对冶炼工艺的控制水平也要求较高。尤其是氧气、氮气、氩气的吹入制度,氮氩切换点和脱碳的相互影响等都是和AOD转炉冶炼有着很大区别。GOR与AOD最为显著的不同点一是AOD出钢方式采用钢渣混出而GOR则采用出钢口单独出钢,二是AOD采用侧吹喷嘴,GOR采用底吹喷嘴,喷嘴布置位置的不同也导致炉内钢渣流动以及各阶段反应的不同。比如GOR转炉的搅拌是由安装在转炉底部的五只吹氩管道进行的,而AOD的搅拌是由安装在转炉侧面的喷嘴,甚至有些AOD转炉还安装了顶部氧枪。所以说,GOR的控制难度更大,要求也更高。
由于GOR炉形特殊性、以及炉底枪分布导致GOR流场与AOD(国内及国际生产不锈钢主流设备)流场相比不利于脱碳,所以目前主要存在、同时也是长期困扰的问题是GOR转炉脱碳能力差、无法实现低碳钢冶炼。
随着人们对不锈钢产品质量日益严格的要求,不锈钢中的氮的控制作为其中一项要求备受关注。根据钢种用途的不同,有的钢种需要氮的含量很低,有的钢种则要求很高的氮含量。这就要求我们能在冶炼过程中充分的控制氮的含量,需要研究清楚氮进入钢液以及脱除的机理。对于脱氮,由于GOR转炉脱氮氩气消耗量大且波动范围也大,例氩气消耗量约为10~14Nm3 /t钢,平均12.5Nm3/t钢,成品氮为0.45~0.055%,最低约为0.045%,这表明目前GOR脱氮能力差且氮含量控制不稳定,即使采取大量供氩的方式(GOR全程吹氩)依然无法确保钢中氮含量达到一个较低的水平。
所以,制备出超低碳氮钢以及如何制备出超低碳氮钢,且要有好的效果,是目前所需。
发明内容
为了解决以上技术问题,本发明提供一种超低碳氮钢及制备方法,钢中碳和氮含量低,方法简单,易操作,成本低,产品性能质量高,提高脱碳速度,缩短冶炼时间。
解决以上技术问题的一种超低碳氮钢,其特征在于:以超低碳氮钢总量计,所述C≤0.030,Si≤0.75,Mn≤2.00,P≤0.045,S≤0.030,Cr 18.00-20.00,Ni 8.00-12.00,N≤0.10,其余为Fe,计量单位为重量%。
所述C:0.015-028,Si 0.4-0.75,Mn 1-1.3,P≤0.045,S≤0.005,Cr 18.00-18.40,Ni 8.00-8.1,N 0-0.05,其余为Fe,计量单位为重量%。
所述C:0.015,N:0,计量单位为重量%。
本发明中的一种超低碳氮钢的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)配料准备:准备冶炼中所需原料;Si≤0.180,碱度1.45±0.3,转炉冷料比为10±3%;
(2)中频炉或/和电炉冶炼:扒渣后温度≥1520℃;
(3)GOR精炼炉:高炉铁水经过脱硫、脱硅、脱磷处理后,兑入到GOR转炉中,GOR钢水进炉温度>1450℃,渣层厚度控制230-300mm;
(4)LF炉精炼:LF入工位温度>1550℃, C≤0.020%、Si≥0.45%,渣厚250mm,
萤石块加入量<200Kg/炉;
(5)连铸:将精炼后的钢水连续铸造成所需钢坯;中包浇注温度1490~1505℃,目标拉速1.00m/min;转炉生产出来的钢水经过精炼炉精炼以后,需要将钢水铸造成不同类型、不同规格的钢坯。连铸工段就是将精炼后的钢水连续铸造成钢坯的生产工序,主要设备包括回转台、中间包,结晶器、拉矫机等。
(6)精整修磨后进行轧制。
所述步骤(2)中C:3.5~4.0%;Cr:范围按配料要求±0.8% ;Ni:范围按配料要求±0.3%;Si:炉GOR吹300m3氧气后取样0.20~0.50%,GOR不吹氧取样0.50~0.70%;炉0.30~0.60%;S≤0.100%。
所述步骤(3)中使用活性石灰,石灰总加入量按终渣碱度1.68~1.80控制;对化学成分的要求是:P<0.03%;S<0.045%;C不限制;Si<0.2%;Mn<1.0%。GOR碱度控制偏高、影响炉渣粘度,影响LF送电量,不利于LF防止增碳。
所述步骤(3)中GOR精炼炉的冶炼,分为三个阶段,氧化一期、氧化二期和一个还原期:
氧化一期配气制度为氧气主管15-80/min,氮气主管0-60 /min,氮气环缝10-20/min,温度控制要求:≥1680℃,碳含量:<0.10%;
氧化二期配气制度为氧气主管10-20 /min,氮气主管40-60 /min,氮气环缝10-20/min;
还原期配气制度为氩气40-50 /min,环缝10-20 /min。
合理制定GOR吹炼模式及终点C的控制对保证低碳不锈钢种碳成分达到要求具有重要作用,因此GOR冶炼超低碳工艺的制定至关重要。
优化方案中,所述还原期加入萤石块,采用低碳硅铁、低碳硅锰进行还原,低碳硅铁或低碳硅锰中碳含量≤0.10%,石灰在氧化一期分批全部加入;萤石块加入量<200Kg/炉,为渣量的6~10%,加入时间为加放还原剂后2min内。
进一步优化方案中,所述步骤(3)中GOR精炼炉的冶炼,分为四个阶段,氧化一期、氧化二期氧化三期和一个还原期,当C<0.04%时进入氧化三期,还原前2min关闭氧气余氧脱碳,出钢前补加合金搅拌时间>4min方可出钢;其中,配气模型:氧气总用量为100 ,具体吹氧控制分三次,第一次流量10 /min,时间2min;第二次流量8 /min,时间5min;第三次流量5 /min,时间8min。
本发明中还有优化方案中,所述步骤(3)GOR精炼炉中的氧化一期温度≥1720℃,吹氩量≥1000 。
本发明中GOR转炉精炼不锈钢工艺是在转炉内进行高合金熔体脱碳、还原、合金化,最终使钢水的化学成份和温度都达到指定标准。其冶炼过程可以分三期,即二个氧化期、一个还原期。在第一阶段,中心管吹入氧气,环逢吹入保护气体,对电炉初钢液进行脱硅、脱碳和升温,在此阶段按照钢种要求进行合金的配加,并且加入石灰进行造渣;在第二阶段,通过专门的配气程序调整中心管氧气与环缝氮气的比例来降低炉内CO分压,以达到“降碳保铬”的目的,并进行深脱碳;在第三阶段,向转炉熔池吹入纯氩(或氮),加入硅铁进行还原脱氧,并加入萤石造还原渣,进行富铬渣的还原,并加入电解锰等金属合金料合金化。
本发明中钢中碳和氮含量低,方法简单,易操作,成本低,产品性能质量高,提高脱碳速度,缩短冶炼时间。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图
图2-5为本发明中试验一到四的过程碳变化趋势图
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
一种超低碳氮钢,以超低碳氮钢总量计, C≤0.030,Si≤0.75,Mn≤2.00,P≤0.045,S≤0.030,Cr 18.00-20.00,Ni 8.00-12.00,N≤0.10,其余为Fe,计量单位为重量%。
具体制备方法如以下步骤:
(1)配料准备:准备冶炼中所需原料;Si≤0.180,碱度1.45±0.3,转炉冷料比为10±3%;
(2)中频炉或/和电炉冶炼:扒渣后温度≥1520℃;C:3.5~4.0%;Cr:范围按配料要求±0.8% ;Ni:范围按配料要求±0.3%;Si:炉GOR吹300 氧气后取样0.20~0.50%,GOR不吹氧取样0.50~0.70%;炉0.30~0.60%;S≤0.100%。
(3)GOR精炼炉:高炉铁水经过脱硫、脱硅、脱磷处理后,兑入到GOR转炉中,GOR钢水进炉温度>1450℃,渣层厚度控制230-300mm;使用活性石灰,石灰总加入量按终渣碱度1.68~1.80控制;对化学成分的要求是:P<0.03%;S<0.045%;C不限制;Si<0.2%;Mn<1.0%。GOR碱度控制偏高、影响炉渣粘度,影响LF送电量,不利于LF防止增碳。
GOR精炼炉的冶炼,分为三个阶段,氧化一期、氧化二期和一个还原期:
氧化一期配气制度为氧气主管15-80 /min,氮气主管0-60 /min,氮气环缝10-20/min,温度控制要求:≥1680℃,碳含量:<0.10%;
氧化二期配气制度为氧气主管10-20 /min,氮气主管40-60 /min,氮气环缝10-20/min;
还原期配气制度为氩气40-50 /min,环缝10-20 /min。
合理制定GOR吹炼模式及终点C的控制对保证低碳不锈钢种碳成分达到要求具有重要作用,因此GOR冶炼超低碳工艺的制定至关重要。
还原期加入萤石块,采用低碳硅铁、低碳硅锰进行还原,低碳硅铁或低碳硅锰中碳含量≤0.10%,石灰在氧化一期分批全部加入;萤石块加入量<200Kg/炉,为渣量的6~10%,加入时间为加放还原剂后2min内。
(4)LF炉精炼:LF入工位温度>1550℃, C≤0.020%、Si≥0.45%,渣厚250mm,
萤石块加入量<200Kg/炉;
(5)连铸:将精炼后的钢水连续铸造成所需钢坯;中包浇注温度1490~1505℃,目标拉速1.00m/min;转炉生产出来的钢水经过精炼炉精炼以后,需要将钢水铸造成不同类型、不同规格的钢坯。连铸工段就是将精炼后的钢水连续铸造成钢坯的生产工序,主要设备包括回转台、中间包,结晶器、拉矫机等。
(6)精整修磨后进行轧制。
实施例2
一种超低碳氮钢,以超低碳氮钢总量计, C:0.015-028,Si 0.4-0.75,Mn 1-1.3,P≤0.045,S≤0.005,Cr 18.00-18.40,Ni 8.00-8.1,N 0-0.05,其余为Fe,计量单位为重量%。
具体制备方法如以下步骤:
(1)配料准备:准备冶炼中所需原料;Si≤0.180,碱度1.45±0.3,转炉冷料比为10±3%;
(2)中频炉或/和电炉冶炼:扒渣后温度≥1520℃;C:3.5~4.0%;Cr:范围按配料要求±0.8% ;Ni:范围按配料要求±0.3%;Si:炉GOR吹300 氧气后取样0.20~0.50%,GOR不吹氧取样0.50~0.70%;炉0.30~0.60%;S≤0.100%。
(3)GOR精炼炉:高炉铁水经过脱硫、脱硅、脱磷处理后,兑入到GOR转炉中,GOR钢水进炉温度>1450℃,渣层厚度控制230-300mm;使用活性石灰,石灰总加入量按终渣碱度1.68~1.80控制;对化学成分的要求是:P<0.03%;S<0.045%;C不限制;Si<0.2%;Mn<1.0%。GOR碱度控制偏高、影响炉渣粘度,影响LF送电量,不利于LF防止增碳。
GOR精炼炉的冶炼,分为三个阶段,氧化一期、氧化二期和一个还原期:
GOR精炼炉的冶炼,分为四个阶段,氧化一期、氧化二期氧化三期和一个还原期,
氧化一期配气制度为氧气主管15-80 /min,氮气主管0-60 /min,氮气环缝10-20/min,温度控制要求:≥1680℃,碳含量:<0.10%;
氧化二期配气制度为氧气主管10-20 /min,氮气主管40-60 /min,氮气环缝10-20/min;
当C<0.04%时进入氧化三期,还原前2min关闭氧气余氧脱碳,出钢前补加合金搅拌时间>4min方可出钢;其中,配气模型:氧气总用量为100m3,具体吹氧控制分三次,第一次流量10 /min,时间2min;第二次流量8 /min,时间5min;第三次流量5 /min,时间8min。
还原期配气制度为氩气40-50 /min,环缝10-20 /min。
还原期加入萤石块,采用低碳硅铁、低碳硅锰进行还原,低碳硅铁或低碳硅锰中碳含量≤0.10%,石灰在氧化一期分批全部加入;萤石块加入量<200Kg/炉,为渣量的6~10%,加入时间为加放还原剂后2min内。
(4)LF炉精炼:LF入工位温度>1550℃, C≤0.020%、Si≥0.45%,渣厚250mm,
萤石块加入量<200Kg/炉;
(5)连铸:将精炼后的钢水连续铸造成所需钢坯;中包浇注温度1490~1505℃,目标拉速1.00m/min;转炉生产出来的钢水经过精炼炉精炼以后,需要将钢水铸造成不同类型、不同规格的钢坯。连铸工段就是将精炼后的钢水连续铸造成钢坯的生产工序,主要设备包括回转台、中间包,结晶器、拉矫机等。
(6)精整修磨后进行轧制。
实施例3
一种超低碳氮钢,以超低碳氮钢总量计,C:0.015,N:0, Si≤0.75,Mn≤2.00,P≤0.045,S≤0.030,Cr 18.00-20.00,Ni 8.00-12.00,其余为Fe,计量单位为重量%。
所述C:0.015-028,Si 0.4-0.75,Mn 1-1.3,P≤0.045,S≤0.005,Cr 18.00-18.40,Ni 8.00-8.1,N 0-0.05,其余为Fe,计量单位为重量%。
具体制备方法如实施例2中的内容,其中区别在于步骤(3)GOR精炼炉中的氧化一期温度≥1720℃,吹氩量≥1000 。
以下试验内容为分别在8月、9月、10月和11月各进行了一轮超低碳试验,前三轮试验主要目的是开发GOR生产超低碳冶炼工艺。通过前三轮试验结果已经可以确定GOR生产超低碳冶炼工艺。第四轮试验是开发精炼和浇注过程涨碳控制工艺,确定GOR超低碳冶炼工业化生产工艺。
试验一
第一轮试验
过程碳变化趋势如图2
(备注:151822为第4连浇,251809为第5连浇。151822炉次深脱碳前钢样碳未分析出碳。一倒为氧化一期,深脱碳为氧化三期,中包为连铸,以下相同)
过程参数
GOR工序如表1:
表1
LF工序如表2:
表2
炉渣分析结果如表3:
表3
钢液Als、Alt分析结果如表4:
表4
氧氮含量分析结果如表5:
表5
分析及小结:
1)深脱C前取样喂铝线,保证样品可以分析出来。
2)151822涨C主要是LF炉渣高碱度太稠,加萤石球和送电太多造成。251809基本没涨碳,主要是送电少、驻包时间短。
3)GOR碱度控制偏高、影响炉渣粘度,影响LF送电量,不利于LF防止增碳。
4)GOR高富氧深脱碳并未造成GOR还原T.O异常。
5)因为本次试验GOR出钢温度高,成分控制较好,导致LF送电次数少,操作少,所以LF过程精炼效果明显,T.O含量下降幅度大,且在入工位T.O较低时依然可以大幅下降与LF精炼操作有直接关系。
本轮试验钢坯在本厂热轧酸洗后质量无异常。
试验二
第二轮试验
过程碳变化趋势如图3
(备注:本炉钢为第8连浇。)
过程参数
GOR工序如表6:
表6
LF工序如表7:
表7
钢液Als、Alt分析结果如表8:
表8
氧氮含量分析结果如表9:
表9
分析及小结:
1)深脱C前取样喂铝线,样品可以分析出来。
2)本次试验用萤石块,有限控制了GOR还原涨C。
3)本次试验出钢前加石灰脱硫,出钢过程涨C严重。
4)GOR高富氧深脱碳并未造成GOR还原T.O异常。
本轮试验钢坯在本厂热轧酸洗后质量无异常。
2)本轮试验钢A级品和B级品全部发天成,天成质量跟踪如下表10:
表10
试验三
第三轮试验
过程碳变化趋势如图4:
(备注:252388为第1连浇,152391为第2连浇。)
过程参数
GOR工序如表11:
表11
LF工序如表12:
表12
炉渣分析结果如表13:
表13
钢液Als、Alt分析结果表14:
表14
氧氮含量分析结果如表15:
表15
分析及小结:
1)一倒C偏高(尽量控制在0.10%以下);若深脱碳前碳0.03%,则深脱碳15min,若深脱碳前碳0.04%考虑增加时间。
2)本次GOR一倒温度1700℃,证明可以达到深脱碳目的。
3)GOR碱度控制合适(炉渣粘稠合适),LF渣厚尽量控制在250以上。
质量跟踪:
本轮试验钢坯在本厂热轧酸洗后质量无异常。152391-1/2两支A坯发天成,其它都是B级品发华南。天成两卷压延厚度分布为0.42mm、0.35mm,表面检查脱皮很少,质量合格。
试验四
第四轮试验
过程碳变化趋势如图5
(备注:从GOR还原到连铸中间包涨碳在0.01%以内。)
过程参数
GOR工序如表16:
表16
(备注:152524和252526炉次深脱碳前碳为0.04%,深脱碳增加30方氧气(130 )。)
LF工序如表17:
表17
备注:252526炉次GOR还原结束到LF入工位间隔60min(当班5钢包周转等钢包)。
炉渣分析结果如表18:
表18
钢液Als、Alt分析结果如表19:
表19
氧氮含量分析结果如表20:
表20
分析及小结:
1)通过本轮试验和第三轮试验表明GOR一倒碳须控制在0.10%以下,方可保证深脱碳达到要求。
2)一倒温度大于1680℃,证明可以达到深脱碳目的。
过程质量数据:钢样Als都在20ppm以上,Alt与Als差值为10ppm,成品钢液氧含量在30ppm左右,可以反映钢水纯净度控制较好;天成使用两卷,压延厚度分布为0.42mm、0.35mm,表面检查脱皮很少,质量合格。
GOR终点碳控制检测结果如表21:
表21
试验钢坯在本厂热轧酸洗后质量无异常。发广汉天成试验卷冷轧压延后,表面检查脱皮很少,质量合格。
试验五
GOR超低氮冶炼工艺工业实验
研究期间在GOR六个班组每班进行了一炉高温脱氮试验,要求一倒温度达到1720℃以上,且是一次性达到,一次性吹氩量达到1000 以上。具体试验过程数据如下表22所示:
表22
GOR超低氮冶炼测试结果
GOR提温脱氮试验结果检测使用分析精度更高的氮氧仪进行精确分析,检测结果如下表23所示:
表23
(注:光谱精度:0.050%;N/O仪精度:0.0497%。)
试验结果显示GOR提温控氮效果明显,通过严格控制还原吹氩制度,总用Ar量控制在1500 左右,成品N在0.025%以下。总用Ar量控制在1000 左右,成品N在0.030%以下。且GOR出钢前加合金对N无影响,GOR出钢过程和LF精炼过程无增氮现象。
Claims (10)
1.一种超低碳氮钢,其特征在于:以超低碳氮钢总量计,所述C≤0.030,Si≤0.75,Mn≤2.00,P≤0.045,S≤0.030,Cr 18.00-20.00,Ni 8.00-12.00,N≤0.10,其余为Fe,计量单位为重量%。
2. 根据权利要求1中所述的一种超低碳氮钢,其特征在于:所述C:0.015-028,Si 0.4-0.75,Mn 1-1.3,P≤0.045,S≤0.005,Cr 18.00-18.40,Ni 8.00-8.1,N 0-0.05,其余为Fe,计量单位为重量%。
3.根据权利要求2中所述的一种超低碳氮钢,其特征在于:所述C:0.015,N:0,计量单位为重量%。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种超低碳氮钢的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)配料准备:准备冶炼中所需原料;Si≤0.180,碱度1.45±0.3,转炉冷料比为10±3%;
(2)中频炉或/和电炉冶炼:扒渣后温度≥1520℃;
(3)GOR精炼炉:高炉铁水经过脱硫、脱硅、脱磷处理后,兑入到GOR转炉中,GOR钢水进炉温度>1450℃,渣层厚度控制230-300mm;
(4)LF炉精炼:LF入工位温度>1550℃, C≤0.020%、Si≥0.45%,渣厚250mm,
萤石块加入量<200Kg/炉;
(5)连铸:将精炼后的钢水连续铸造成所需钢坯;中包浇注温度1490~1505℃,目标拉速1.00m/min;
(6)精整修磨后进行轧制。
5. 根据权利要求4中所述的一种超低碳氮钢的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中C:3.5~4.0%;Cr:范围按配料要求±0.8% ;Ni:范围按配料要求±0.3%;Si:炉GOR吹300氧气后取样0.20~0.50%,GOR不吹氧取样0.50~0.70%;炉0.30~0.60%;S≤0.100%。
6.根据权利要求4中所述的一种超低碳氮钢的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中使用活性石灰,石灰总加入量按终渣碱度1.68~1.80控制;对化学成分的要求是:P<0.03%;S<0.045%;C不限制;Si<0.2%;Mn<1.0%。
7.根据权利要求4中所述的一种超低碳氮钢的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中GOR精炼炉的冶炼,分为三个阶段,氧化一期、氧化二期和一个还原期:
氧化一期配气制度为氧气主管15-80 /min,氮气主管0-60 /min,氮气环缝10-20 /min,温度控制要求:≥1680℃,碳含量:<0.10%;
氧化二期配气制度为氧气主管10-20 /min,氮气主管40-60 /min,氮气环缝10-20/min;
还原期配气制度为氩气40-50 /min,环缝10-20 /min。
8.根据权利要求7所述的一种超低碳氮钢的制备方法,其特征在于:所述还原期加入萤石块,采用低碳硅铁、低碳硅锰进行还原,低碳硅铁或低碳硅锰中碳含量≤0.10%,石灰在氧化一期分批全部加入;萤石块加入量<200Kg/炉,为渣量的6~10%,加入时间为加放还原剂后2min内。
9. 根据权利要求4或5中所述的一种超低碳氮钢的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中GOR精炼炉的冶炼,分为四个阶段,氧化一期、氧化二期氧化三期和一个还原期,当C<0.04%时进入氧化三期,还原前2min关闭氧气余氧脱碳,出钢前补加合金搅拌时间>4min方可出钢;其中,配气模型:氧气总用量为100 ,具体吹氧控制分三次,第一次流量10 /min,时间2min;第二次流量8 /min,时间5min;第三次流量5 /min,时间8min。
10.根据权利要求4所述的一种超低碳氮钢的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)GOR精炼炉中的氧化一期温度≥1720℃,吹氩量≥1000 。
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