CN111375736A - 一种马氏体沉淀硬化不锈钢的浇铸方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种马氏体沉淀硬化不锈钢的浇铸方法，该浇铸方法在直弧形板坯连铸机中进行，包括如下步骤：(1)中间包内钢水通过浸入式水口进入结晶器中，钢水表面上加入保护渣防止发生二次氧化，钢水在结晶器冷却水的作用下完成一次冷却，同时启动铸机拉矫，在拉矫力作用下坯壳以一定拉速在铸机里运行；(2)一次冷却得到的坯壳进入二冷区域进行二次冷却。本发明的方法与传统模铸相比，金属收得率高，生产成本低，生产效率高。

Description

一种马氏体沉淀硬化不锈钢的浇铸方法

技术领域

本发明涉及不锈钢冶炼技术领域，具体地，本发明涉及一种马氏体沉淀硬化不锈钢的浇铸方法。

背景技术

马氏体沉淀硬化不锈钢具有良好的强韧性，在大气和弱腐蚀介质中的耐蚀性优于铁素体钢和马氏体钢，能够承受一定程度的冷加工，比较容易焊接，在沉淀硬化不锈钢中应用量最大。

在浇铸过程中，冷却速度对马氏体沉淀硬化钢的韧性有直接影响，冷却缓慢会造成碳化物、氮化物沿晶界偏聚。钢种的δ铁素体在凝固过程中产生凝固偏析会造成塑性和韧性不均匀，因此需要对该类钢种的冷却进行设计。

另外，马氏体沉淀硬化钢中铜、钼含量非常高，导致该类钢种裂纹敏感性极强，目前一般采用模铸来实现，而模铸工艺生产金属收得率低，生产成本高，内部质量不稳定。

总体来看，目前还没有能够获得高品质马氏体沉淀硬化钢的低成本、高效率的浇铸方法。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供了一种马氏体沉淀硬化不锈钢的连铸生产工艺，并在直弧形板坯连铸机成功生产出马氏体沉淀硬化不锈钢。

本发明通过以下技术方案实现以上目的：

一种马氏体沉淀硬化不锈钢的浇铸方法，所述浇铸方法在直弧形板坯连铸机中进行，包括如下步骤：

(1)中间包内钢水通过浸入式水口进入结晶器中，冷却形成凝固坯壳，钢水液面上加入保护渣；

(2)一次冷却得到的坯壳进入二冷区域进行二次冷却。

进一步，所述马氏体沉淀硬化不锈钢的组成是：

C：≤0.07％、Si：≤0.70％、Mn：≤1.00％、P：≤0.030％、S：≤0.030％，Cr：13.00～14.50％、Ni：5.00～5.80％、Mo：1.30～1.800％、Cu：1.30～1.800％、Nb：0.25～0.45％，其余为Fe元素和不可避免的杂质。

进一步，步骤(1)中，中间包内钢水通过浸入式水口进入结晶器的拉速是0.70～0.90m/min。

进一步，所述保护渣的组成是：CaO 32.3～38.3％、SiO₂ 26.4～32.4％、Al₂O₃ 2.7～4.7％、Li₂O 0.4～1.0％、Na₂O 10.1～15.9％、F 7.4～12.2％和总碳3.2～4.6％。

进一步，所述保护渣的水分含量≤0.5wt％，熔点是1005～1065℃，在1300℃的黏度是0.3～1.1Poise。

进一步，所述结晶器的冷却水参数是：宽面水流量2600～2800L/min、窄面水流量480～520L/min。

进一步，将钢水以浇铸速度送入结晶器时，中包钢水过热度是20～35℃，中包覆盖剂二元碱度R是1.00～1.20，水口***深度是135～155mm。

进一步，所述二冷区域的比水量是0.70～0.85L/kg。

进一步，所述二冷区域的水量是10～195L/min。

相比于现有技术，本发明的技术方案具有如下有益效果：

(1)本发明采用直弧形连铸机替代模铸生产马氏体沉淀硬化不锈钢，提高了生产效率；金属收得率极大提高，降低了生产成本。

(2)本发明采用直弧形连铸机替代模铸生产马氏体沉淀硬化不锈钢，并通过优化工艺参数，生产合格的沉淀硬化不锈钢连铸板坯，有效防止铸坯出现裂纹、夹渣、夹杂等质量缺陷，避免漏钢事故。

附图说明

图1是直弧形板坯连铸机的示意图。

具体实施方式

为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

目前，马氏体沉淀硬化不锈钢多采用模铸或电渣重熔工艺生产，存在生产效率低，金属收得率低等问题。针对这些问题，本发明的发明人对马氏体沉淀硬化钢的浇铸工艺进行研究，在浇铸方法、冷却方式和参数设计等多方面进行优化，最终创造性的提出了一种马氏体沉淀硬化不锈钢的浇铸方法。

由于马氏体沉淀硬化不锈钢存在铜、钼含量较高，钢中铜含量增加，容易形成低熔点相，在晶界聚集，导致该类钢种裂纹敏感性较强，在连铸弯曲矫直过程温度控制不当，容易产生裂纹。通过冷却工艺的设计，从而提出本发明的马氏体沉淀硬化不锈钢的浇铸方法。

马氏体沉淀硬化钢(或称马氏体沉淀硬化不锈钢)是指碳含量低于0.1％，加入铜、钼、铌等强化元素使之通过沉淀强化析出碳化物和金属间化合物进而进一步强化的马氏体不锈钢。在本发明中，马氏体沉淀硬化钢的成分组成是C：≤0.07％、Si：≤0.70％、Mn：≤1.00％、P：≤0.030％、S：≤0.030％，Cr：13.00～14.50％、Ni：5.00～5.80％、Mo：1.30～1.800％、Cu：1.30～1.800％、Nb：0.25～0.45％，其余为Fe元素和不可避免的杂质。

本发明的马氏体沉淀硬化不锈钢的浇铸方法是直弧形连铸，采用直弧形板坯连铸机进行，根据马氏体沉淀硬化不锈钢的特点，浇铸速度采用低拉速，并且，将二次冷却设计为弱冷。该方法包括：(1)中间包内钢水通过浸入式水口进入结晶器中，冷却形成凝固坯壳，钢水液面上加入保护渣；(2)经过一次冷却的坯壳进入二冷区域进行二次冷却。

本发明的马氏体沉淀硬化不锈钢的浇铸方法采用的直弧形板坯连铸机为本领域的常规设备，在实际应用过程中，本领域技术人员可根据实际需要进行合理选择，在此不做赘述。

具体地，结合图1对本发明的马氏体沉淀硬化不锈钢的浇铸方法进行说明。本发明的马氏体沉淀硬化不锈钢的浇铸方法包括如下步骤：

(1)一次冷却

中间包内钢水通过浸入式水口进入结晶器中，钢水表面上加入保护渣防止发生二次氧化，钢水在结晶器冷却水的作用下完成一次冷却，同时启动铸机拉矫，在拉矫力作用下坯壳以一定拉速在铸机里运行

具体地，待冶炼的钢水盛装在钢包1中。在进行冶炼时，将具有如下元素重量组成的钢水送入直弧形板坯连铸机的结晶器3，在此过程中，具体是中间包2接收来自钢包1的钢水并分配到结晶器3：

C：≤0.07％、Si：≤0.70％、Mn：≤1.00％、P：≤0.030％、S：≤0.030％，Cr：13.00～14.50％、Ni：5.00～5.80％、Mo：1.30～1.80％、Cu：1.30～1.80％、Nb：0.25～0.45％，其余为Fe元素和不可避免的杂质。

由于马氏体沉淀硬化不锈钢的合金比例大，因而将钢坯在连铸机里运行的速度，即拉坯速度(简称为“拉速”)，被设计为低拉速。具体地，将拉速设计为0.70～0.90m/min。并且，在马氏体沉淀硬化不锈钢的整个稳态浇铸过程中，都采用此拉速。发明人通过研究发现，在相对较低的拉速条件下，在冷却区域内停留时间相对较长，可以适当增大冷却速率，改善内部元素的偏析，使得碳化物、氮化物沿晶界偏聚的程度减轻。

在本发明的方法中，中间包2内钢水的过热度是20～35℃，中包覆盖剂二元碱度(CaO/SiO₂)R是1.00～1.20，例如1.05。中包覆盖剂是在中间包2内加入，覆盖在钢液面上，起到隔绝空气，主要是为防止钢水发生二次氧化。浸入式水口***深度是135～155mm，此处的浸入式水口为中间包2钢水进入结晶器3的通道，发明人通过研究发现，该水口主要对结晶器内钢水液面有较大的影响，水口过深或者过浅均会对铸坯表面质量产生不利影响，例如，会产生卷渣缺陷。

钢水在结晶器3中进行一次冷却。结晶器的参数设置对于钢水的一次冷却至关重要。在本发明的方法中，优选地，结晶器3冷却水的宽面水流量是2600～2800L/min(更优选是2700L/min)，窄面水流量是480～520L/min(更优选是500L/min)。

结晶器3是连铸过程中重要的部件，实质是一个水冷的铜模，对于板坯连铸来说，通常采用4块铜板组合而成(即2块窄面和2块宽面组合而成，由两宽面夹住窄面)，每块铜板有各自独立的冷却水***。在连铸生产过程中，通过通入冷却水，使钢水的热量通过循环的冷却水被带走，形成凝固初始坯壳。宽面水流量和窄面水流量须满足可以带走钢水凝固时放出的热量。结晶器3热量的放出所需要的冷却水量根据钢水的比热容、凝固放热等数据得到。发明人根据该冷却水量计算得到了热流密度保持在相对合理的数值，使铸坯的裂纹发生可能性降低。关于结晶器3的其他参数属于通用性数据。

在本发明的方法中，优选地，钢水在结晶器3中进行一次冷却的过程中采用保护渣进行保护。本发明的方法采用的保护渣的水分含量≤0.5wt％，熔点是1005～1065℃，在1300℃的黏度是0.3～1.1Poise(泊思)。本发明的方法采用的保护渣的主要化学成分(重量％)如下表所示：

本发明的方法采用保护渣主要是基于如下发明构思：该马氏体沉淀硬化不锈钢碳含量低，合金含量较高，液相线温度较低，钢中含有铜，容易形成低熔点相，易产生裂纹，需要控制合适的保护渣传热，减少凝固过程中产生的裂纹。保护渣在结晶器3内钢液面上加入，熔化形成液渣后，可以阻止钢水与空气的接触，防止钢水二次氧化。液渣流入结晶器壁和凝固坯壳之间，形成的渣膜可以起到润滑和控制传热的作用，防止铸坯表面发生粘结和产生裂纹缺陷。对于本发明中的裂纹较敏感的马氏体沉淀硬化不锈钢，主要通过保护渣均匀的控制传热(适当的碱度＝CaO/SiO₂)来使铸坯坯壳均匀稳定的生长，减少裂纹的发生。

钢水在结晶器3中经过一次冷却凝固形成坯壳，进入下一步骤。

(2)二次冷却

钢水在结晶器3中经过一次冷却凝固形成坯壳从结晶器3以0.70～0.90m/min的拉速输出，进入到二冷区域4，二冷区域由若干扇形段组成，含有冷却水***、拉矫***，弯曲矫直装置等。

根据马氏体沉淀硬化不锈钢特性，为保证在矫直过程中不产生裂纹，二冷设计时，在弯曲矫直区域的铸坯表面温度≥900℃，根据钢种的相关参数计算得到相对合理的冷却模式。

在本发明的方法中，二冷区域4的比水量是0.75～0.85L/kg，例如0.80L/kg，二冷比水量随钢水温度和拉速有一定的变化，在同一拉速下也随铸坯温度有一定变化。

在本发明的方法中，二冷区域4中的冷却水配置为10～195L/min。

在一种实施方式中，例如，当拉速是0.75m/min时，二次冷却水可以采用如下的方式配置：

在该二冷区域4中，采用了电磁搅拌，电流1600～1700A，频率3.5Hz，换向时间20秒。电磁搅拌参数是根据钢种特性进行设计的参数，其主要目的是使钢中元素在凝固过程中均匀化，减少元素的偏析。

在二冷区域4经过二次冷却之后获得的铸坯可进入后续操作，例如进行轧制等。

实施例

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

下述各实施例中采用的直弧形板坯连铸机的具体参数如下：

下述各实施例中二冷区域中的二次冷却水采用如下配置：

下述各实施例中采用的保护渣的参数如下：(重量％)

下述各实施例中结晶器的相关参数如下：

宽面水流量2700L/min、窄面水流量500L/min。

中包钢水过热度是20-35℃，中包覆盖剂二元碱度CaO/SiO₂ R＝1.05。中包过热度是中包钢水温度与钢水液相线的差值，在实际过程中是通过对中包内钢水进行测量得到，在浇铸过程中在一定范围内变化。

浸入式水口***深度是在连铸过程中基本保持在一个稳定的数值。

实例一

申请人企业2018年6月在直弧形板坯连铸机生产马氏体沉淀硬化不锈钢板坯(秘密实验)，生产1炉钢，板坯规格200×1240×Lmm。过程情况如下：

①钢水成分

钢水实际成分如下，符合钢种国标成分要求。

元素	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Cu	Nb	Fe
												实际值	0.042	0.38	0.51	0.016	0.0011	13.82	5.36	1.39	1.37	0.29	剩余

②过程温度及拉速控制

中包温度1	中包温度2	中包温度3	中包温度4	中包温度5	拉速
						1508	1505	1506	1502	1502	0.75

③使用专用保护渣，过程渣况正常，耗量0.52kg/吨钢，液渣厚9mm；浸入式水口***深度140mm；

④二冷水使用新设计水表，比水量0.80L/kg；

⑤在二冷区，测量矫直前铸坯表面温度950℃，满足矫直前温度要求；

⑥铸坯表面质量：对铸坯表面振痕深度测定，最大振痕深度≤0.5mm，检查铸坯表面，无卷渣、凹陷和裂纹等缺陷，铸坯表面质量良好。铸坯内部质量中心疏松等级为1级(依据曼内斯曼标准评级)。

实例二

申请人企业2019年4月在直弧形板坯连铸机生产马氏体沉淀硬化不锈钢板坯(秘密实验)，本次生产连浇2炉，板坯规格200×1240×Lmm。过程情况如下：

①钢水成分

两炉钢水实际成分如下，符合钢种国标成分要求。

元素	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Cu	Nb	Fe
												炉次1	0.042	0.38	0.51	0.016	0.0011	13.82	5.36	1.39	1.37	0.29	剩余
炉次2	0.038	0.41	0.53	0.015	0.001	13.76	5.32	1.41	1.36	0.30	剩余

②过程温度及拉速控制

指标	中包温度1	中包温度2	中包温度3	中包温度4	中包温度5	拉速
							炉次1	1509	1507	1507	1505	1505	0.75
炉次2	1504	1502	1501	1501	1499	0.75

③使用专用保护渣，过程渣况正常，两炉钢的渣耗量分别为0.54kg/吨和0.50kg/吨钢，液渣厚9～11mm，保护渣耗和液渣层稳定；浸入式水口***深度140mm；

④二冷水仍使用第1次生产时水表，比水量0.80L/kg；

⑤在二冷区，在矫直区对两炉钢的矫直前的温度进行测量，测量结果分别为955℃和943℃，满足矫直前温度要求；

⑥两炉钢铸坯表面质量均比较好，无明显肉眼可见缺陷。

本发明的直弧形连铸的浇铸方法与现有方法(例如模铸)相比，主要优势体现在缩短生产流程、提高金属收得率、降低能源消耗、自动化程度高等方面。具体地，①连铸坯的生产省去了脱模、整模、钢锭加热、初轧开坯等工序；②连铸坯相比模铸金属收得率提高至少约10％；③连铸坯可以实现红送热装，降低能耗；④本发明的方法采用直弧形板坯连铸机来实现，可以通过自动化控制，提高劳动生产率。

本发明的发明人根据马氏体沉淀硬化不锈钢的特点，对浇铸方法的工艺参数进行了优化设计，从而提高了铸坯的表面质量。如上面实施例中已证明，对铸坯表面振痕深度测定，最大振痕深度≤0.5mm，检查铸坯表面，无卷渣、凹陷和裂纹等缺陷。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种马氏体沉淀硬化不锈钢的浇铸方法，其特征在于，所述浇铸方法在直弧形板坯连铸机中进行，包括如下步骤：

(1)中间包内钢水通过浸入式水口进入结晶器中，冷却形成凝固坯壳，钢水液面上加入保护渣；

(2)一次冷却得到的坯壳进入二冷区域进行二次冷却。

2.根据权利要求1所述的浇铸方法，其特征在于，所述马氏体沉淀硬化不锈钢的组成是：

C：≤0.07％、Si：≤0.70％、Mn：≤1.00％、P：≤0.030％、S：≤0.030％，Cr：13.00～14.50％、Ni：5.00～5.80％、Mo：1.30～1.800％、Cu：1.30～1.800％、Nb：0.25～0.45％，其余为Fe元素和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的浇铸方法，其特征在于，步骤(1)中，中间包内钢水通过浸入式水口进入结晶器的拉速是0.70～0.90m/min。

4.根据权利要求1所述的浇铸方法，其特征在于，所述保护渣的组成是：CaO 32.3～38.3％、SiO₂ 26.4～32.4％、Al₂O₃ 2.7～4.7％、Li₂O 0.4～1.0％、Na₂O 10.1～15.9％、F7.4～12.2％和总碳3.2～4.6％。

5.根据权利要求1所述的浇铸方法，其特征在于，所述保护渣的水分含量≤0.5wt％，熔点是1005～1065℃，在1300℃的黏度是0.3～1.1Poise。

6.根据权利要求1所述的浇铸方法，其特征在于，所述结晶器的冷却水参数是：宽面水流量2600～2800L/min、窄面水流量480～520L/min。

7.根据权利要求1所述的浇铸方法，其特征在于，将钢水以浇铸速度送入结晶器时，中包钢水过热度是20～35℃，中包覆盖剂二元碱度R是1.00～1.20，水口***深度是135～155mm。

8.根据权利要求1所述的浇铸方法，其特征在于，所述二冷区域的比水量是0.70～0.85L/kg。

9.根据权利要求1所述的浇铸方法，其特征在于，所述二冷区域的水量是10～195L/min。

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