CN117660849B - 一种控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于不锈钢材料技术领域，特别是涉及一种控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢及其生产方法，该控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢包括以下重量百分比含量的组分：20%≤Cr≤22.5%，C≤0.03%，0.20%≤N≤0.40%，11.5%≤Ni≤14%，4.0%≤Mn≤6.0%，Si≤1.0%，P≤0.015%，S≤0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明所述的控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢磷含量低、晶粒度均匀，具有较高的成材率。
Description
技术领域
本发明属于不锈钢材料技术领域，特别是涉及一种控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢及其生产方法。
背景技术
1963年Frehser和Kubisch发现奥氏体钢的屈服强度随着氮含量的增加而提高，但其韧性却不降低，据此开发出了著名的高氮奥氏体不锈钢。我国从80年代开始研发制造高氮奥氏体不锈钢，一重、二重、太重、长城特钢等企业经过 20多年的研究，高氮钢的锻造工艺逐渐稳定，在此基础上又研发了系列高氮奥氏体不锈钢。目前，高氮奥氏体不锈钢的国内年进口量达7 万吨以上（2015年6月份世界金属导报信息），根据终端客户提供信息年需求量约为2万吨。研发的00Cr21Ni13Mn5N奥氏体高氮不锈钢是一种具有高强度、极好的耐腐蚀性和耐磨性的不锈钢。它具有出色的焊接性能和加工性能，广泛应用于化工、石化、海洋工程、造船、航空航天等领域。00Cr21Ni13Mn5N奥氏体不锈钢含有较高的氮元素，可以提高其耐腐蚀性和耐磨性，还含有一定的镍、铬等元素，能使其在高温或低温环境下保持优良的耐腐蚀性能。00Cr21Ni13Mn5N在我国应用于600MW以上大容量超超临界火电机组、核电机组、航母弹射器、潜艇等上面。
通过现有技术生产的00Cr21Ni13Mn5N铸锭坯料的热塑性较差、锻造容易开裂、锻材晶粒粗大、混晶等问题，导致其终产品的品质不佳，对其广泛应用产生了不利的影响。
基于此，现有技术依然存在改进的空间。
发明内容
有鉴于此，针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢及其生产方法，解决了00Cr21Ni13Mn5N铸锭坯料的热塑性较差、锻造容易开裂、锻材晶粒粗大、混晶等问题。生产出了磷含量低、晶粒度均匀的00Cr21Ni13Mn5N高氮钢，提高了现有00Cr21Ni13Mn5N高氮钢成材率，提升了现有00Cr21Ni13Mn5N高氮钢品质。
具体地，根据本发明的第一方面，提供一种控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢，其包括以下重量百分比含量的组分：20%≤Cr≤22.5%，C≤0.03%，0.20%≤N≤0.40%，11.5%≤Ni≤14%，4.0%≤Mn≤6.0%，Si≤1.0%，P≤0.015%，S≤0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质。
在本发明的实施例中，控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢，其特征在于，包括以下重量百分比含量的组分：Cr：21%，C：0.02%，N：0.27%，Ni：13.5%，Mn：5.3%，Si：0.31%，P：0.013%，S：0.0018%，余量为Fe和不可避免的杂质。
根据本发明的第二方面，提供一种控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的生产方法，其包括以下步骤：S10. 将原料加入电炉内熔炼得到钢水；以及S20. 将钢水注入AOD脱碳转炉，之后进行LF精炼、连铸浇注、电渣重熔，制得电渣钢坯，其中，针对每个步骤制定控磷方案以控制终产物的磷含量。
在本发明的实施例中，步骤S10中，针对电炉的第一控磷方案包括：配料过程中避免采用C-Mn合金，并且所述电炉采用低P高铬和碳切头配碳；控制所述电炉内的熔炼温度为1520~1545℃，扒掉初渣；扒掉初渣后将温度控制在1550-1580℃。
在本发明的实施例中，所述第一控磷方案进一步包括：大渣量条件下，在吹氧过程中流渣、换渣；出钢时防止下渣回磷，出钢磷含量控制在0.03%以下。
在本发明的实施例中，步骤S20中，针对AOD脱碳转炉的第二控磷方案包括：调节Mn含量时加金属Mn，避免采用C-Mn合金。
在本发明的实施例中，步骤S20中，针对LF精炼的第三控磷方案包括：LF 炉喂适量Al线，炉渣化好后，分批加入钢渣友深度脱氧脱硫，直到炉渣变白并且硫含量小于0.002%。
在本发明的实施例中，步骤S20中，针对连铸浇注的第四控磷方案包括：浇注温度1440～1450℃；结晶器钢液面淹没浸入式水口下孔时，开始加入结晶器保护渣，拉钢过程中以少加、勤加的方式及时补加结晶器保护渣，保持渣面不发亮。
在本发明的实施例中，步骤S20中，针对电渣重熔的第五控磷方案包括：采用修磨方式清理连铸坯表面氧化铁；采用氩气保护措施；严格控制结晶器进出水温度，确保电渣坯组织致密。
在本发明的实施例中，控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的生产方法进一步包括：S30. 将所述电渣钢坯加热到1190℃～1210℃，之后进行锻造，得到锻材；以及S40.对锻材进行固溶处理，其中，固溶温度为1080±10℃。
本发明所述的控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢磷含量低、晶粒度均匀，具有较高的成材率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本发明一个实施例提供的控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的生产方法的流程示意图；
图2为Gleeble拉伸工艺图；
图3为00Cr21Ni13Mn5N温度-塑性关系曲线；
图4为00Cr21Ni13Mn5N温度-强度关系曲线；
图5为00Cr21Ni13Mn5N温度-冲击功曲线；
图6为00Cr21Ni13Mn5N 不同P含量-冲击功曲线；
图7为9P1号0.003%P含量的晶粒度；
图8为9P2号0.015%P含量的晶粒度；
图9为9P3号0.033%P含量的晶粒度；
图10为根据本发明所述的控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的锻材表面质量；
图11为现有技术中的未控磷原工艺得到的锻材表面质量；
图12为根据本发明所述的控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的锻材晶粒度图；
图13为现有技术中的未控磷原工艺得到的锻材晶粒度图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
现有技术中存在关于制备高氮含量的高氮钢、并抑制凝固过程中气孔形成而进行过程控制的方法以及基于该方法获得的高氮含量的高氮钢，这些技术方案对氮的溶解度模型、吹氮冶炼的动力学、加压熔炼对氮合金化的热力学、动力学、凝固气泡的抑制、偏析的改善等开展了大量基础研究工作。然而，在实际的生产中，高氮钢锻造过程中极易开裂，高温下可以使其有较好的热塑性，减少开裂倾向。但在1150℃以上时晶粒会急剧长大，因此始锻温度不超过 1200℃，通常为1150℃，终锻温度不低于 800℃，一般在 850℃到 900℃之间。
发明人发现高氮钢的制造企业在生产过程中还存在杂质元素（P）含量偏高的问题，这会导致铸锭坯料的热塑性较差、锻造容易开裂、锻材晶粒粗大、混晶严重等问题。如果不解决杂质元素（P）含量偏高的问题，就会在高氮钢的批量化生产中出现报废率较高的问题。例如：00Cr21Ni13Mn5N电极棒的主要合金成分控制情况良好，存在的主要问题是P含量偏高，含量平均在0.02%-0.04%，这种控制水平对常规奥氏体不锈钢来讲可以满足需求，但是对高氮奥氏体不锈钢还需要进一步降低其含量。此外，00Cr21Ni13Mn5N高氮钢锻件存在严重的粗晶和混晶问题。
因此，本发明提出了一种控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢及其生产方法，得到磷含量低、晶粒度均匀的00Cr21Ni13Mn5N高氮钢，解决了00Cr21Ni13Mn5N铸锭坯料的热塑性较差、锻造容易开裂、锻材晶粒粗大、混晶严重等问题，提升了00Cr21Ni13Mn5N高氮钢品质。
根据本发明的第一方面，提供一种控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢，其包括以下重量百分比含量的组分：20%≤Cr≤22.5%，C≤0.03%，0.20%≤N≤0.40%，11.5%≤Ni≤14%，4.0%≤Mn≤6.0%，Si≤1.0%，P≤0.015%，S≤0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明所述的控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的P含量低于现有技术中的同类型高氮奥氏体不锈钢，因此产品具有更佳的晶粒度和成材率。如图10~图13所示，本发明所述的控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的锻材表面质量明显优于现有技术中的未控磷原工艺得到的锻材的表面质量，并且本发明所述的控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的锻材晶粒度更加均匀，明显优于现有技术中的未控磷原工艺得到的锻材的晶粒度。
在本发明的实施例中，控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢包括以下重量百分比含量的组分：Cr：21%，C：0.02%，N：0.27%，Ni：13.5%，Mn：5.3%，Si：0.31%，P：0.013%，S：0.0018%，余量为Fe和不可避免的杂质。
在本发明的实施例中，控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢包括以下重量百分比含量的组分：Cr：20%，C：0.01%，N：0.20%，Ni：11.5%，Mn：4.0%，Si：0.35%，P：0.012%，S：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。
在本发明的实施例中，控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢包括以下重量百分比含量的组分：Cr：20.49%，C：0.021%，N：0.359%，Ni：13.42%，Mn：5.42%，Si：0.393%，P：0.003%，S：0.0025%，余量为Fe和不可避免的杂质。
在本发明的实施例中，控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢包括以下重量百分比含量的组分：Cr：22.5%，C：0.025%，N：0.40%，Ni：14%，Mn：6.0%，Si：0.4%，P：0.006%，S：0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质。
根据本发明的第二方面，提供关于上述实施例所述的控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的生产方法，如图1所述，该方法包括以下步骤：
S10. 将原料加入电炉内熔炼得到钢水；以及
S20. 将钢水注入AOD脱碳转炉，之后进行LF精炼、连铸浇注、电渣重熔，制得电渣钢坯，
其中，针对每个步骤制定控磷方案以控制终产物的磷含量。
在本发明的实施例中，步骤S10中，依据下列元素重量百分比熔炼钢水：20%≤Cr≤22.5%，C≤0.03%，0.20%≤N≤0.40%，11.5%≤Ni≤14%，4.0%≤Mn≤6.0%，Si≤1.0%，P≤0.015%，S≤0.005%，余量为Fe和不可避免杂质。配料要求为：炉料包括合金料和钢铁料。其中，合金料包括电解锰（可用金属锰代替）、硅锰、碳锰、Ni板、高铬；钢铁料包括低P废钢、本钢或类似本钢返回料等。按上述成分配比准备好原料，并将原料加入电炉内进行熔炼，抽真空充入氮气保护，得到钢水。
在本发明的实施例中，针对电炉的第一控磷方案包括：配料过程中避免采用C-Mn合金，并且所述电炉采用低P高铬和碳切头配碳；控制所述电炉内的熔炼温度为1520~1545℃，扒掉初渣；扒掉初渣后将温度控制在1550-1580℃。大渣量条件下，在吹氧过程中流渣、换渣；出钢时防止下渣回磷，出钢磷含量控制在0.03%以下。
在本发明的实施例中，步骤S20中，针对AOD脱碳转炉的第二控磷方案包括：调节Mn含量时加金属Mn，避免采用C-Mn合金。在一个实施例中，AOD控制要点为：N2气吹入制度，全程吹氮；炉渣碱度按2.4（约3000kg）设定；石灰，合金等加入温度为1620℃，单次加入量≤1500kg；根据实际钢中Mn含量加电解Mn（金属Mn），氧化期结束加入金属锰；出钢温度控制1630～1650℃，除渣≥60%出钢。
在本发明的实施例中，步骤S20中，针对LF精炼的第三控磷方案包括：LF 炉喂适量Al线，炉渣化好后，分批加入钢渣友深度脱氧脱硫，直到炉渣变白并且硫含量小于0.002%。在一个实施例中，LF 炉喂适量Al线，炉渣化好后，分批加入钢渣友深度脱氧脱硫；至炉渣变白，每隔预定时间（例如，5分钟）检查一次炉渣，使硫含量小于0.002%；1450℃～1460℃吊包出钢。钢渣友是大规模治金时为了进一步脱氧脱硫时用的与钢渣成分相近、但又可以脱氧脱硫的渣（市场上可以直接卖，用起来很方便），钢渣友不直接加在钢液中，是加在钢液上方覆盖的钢渣中。钢渣友中主要包括 Al2O3、Al、CaO等，通过钢渣与钢液的接触，温和且缓慢地通过吹附的方式脱氧脱硫，这样脱氧脱硫可以在不增加钢液中的Al含量的前提下脱氧脱硫(因为不是直接加入钢液中的)。钢渣友是有特殊功用的渣。
在本发明的实施例中，步骤S20中，针对连铸浇注的第四控磷方案包括：浇注温度1440～1450℃；结晶器钢液面淹没浸入式水口下孔时，开始加入结晶器保护渣，拉钢过程中以少加、勤加的方式及时补加结晶器保护渣，保持渣面不发亮。
在本发明的实施例中，步骤S20中，针对电渣重熔的第五控磷方案包括：采用修磨方式清理连铸坯表面氧化铁；采用氩气保护措施；严格控制结晶器进出水温度，确保电渣坯组织致密。
在本发明的实施例中，如图1所示，本发明所述的控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的生产方法进一步包括：
S30. 将所述电渣钢坯加热到1190℃～1210℃，之后进行锻造，得到锻材；以及
S40. 对锻材进行固溶处理，其中，固溶温度为1080±10℃。
在步骤S30中，电渣钢坯通过高温热处理炉加热到1190℃～1210℃出炉后经过快锻机锻造。
在步骤S40中，锻造后的锻材通过高温热处理炉进行固溶处理，固溶温度为1080±10℃。
本发明所述控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的生产方法，通过合理的冶炼流程，降低00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢中的磷含量，解决了铸锭坯料的热塑性较差、锻造容易开裂、锻材晶粒粗大、混晶严重等问题，进一步改善了00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的韧性。
以下通过具体实施例进一步说明本发明：
实施例1
设计不同P含量的00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢目标成分如表1所示，分别冶炼磷含量为0.003%、0.015%、0.033%的3种磷含量的实验钢。
加热炉将钢坯加热到1200℃，利用热轧试验机轧制成热轧材。对热轧材进行1080℃固溶处理后，取高温拉伸及冲击试样，开展不同温度的高温拉伸试验、冲击试验和晶粒度检测。
表1 实验钢的化学成分
1.1 高温拉伸试验
采用Gleeble3500热模拟试验机进行高温拉伸试验，测量试样断口直径，然后根据试验数据绘制高温强度和热塑性趋势图。试样方向尺寸为纵向φ10mm；试验温度分别为850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃和1100℃，共计6个制度；采用A、B双样进行试验。Gleeble拉伸工艺如图2所示。
通过Gleeble热模拟试验机进行高温拉伸试验，由图3可见00Cr21Ni13Mn5N温度-塑性关系曲线；图4可见00Cr21Ni13Mn5N温度-强度关系曲线。结果显示，P含量对00Cr21Ni13Mn5N高温塑性有明显影响，随着P含量的增加高温塑性显著降低，且在测试温度范围内随温度增加而升高；0.033%P含量的高温塑性断面收缩率最高约45%，较0.015%P和0.003%P降幅显著；0.015%P虽较0.003%P塑性降低，但降幅较小；而P含量对高温强度无明显影响，不同P含量下高温强度均随着温度的升高显著降低。所以，00Cr21Ni13Mn5N中P含量的高低对高温塑性有明显的影响。
1.2冲击试验
加工10×10×55mm V型冲击试样，测试不同P含量对冲击韧性的影响。
图5可见00Cr21Ni13Mn5N温度-冲击功的关系曲线；图6可见00Cr21Ni13Mn5N 不同P含量-冲击功关系曲线。00Cr21Ni13Mn5N钢中P含量对夏比冲击吸收功有一定影响，但相对影响较小，其主要原因是00Cr21Ni13Mn5N钢种Mn含量相对较小，Mn含量约为5%，Mn和P作用互促偏析的效应较弱，另外00Cr21Ni13Mn5N的镍含量很高，13%的Ni保证了材料的低温韧性，同时也弱化了P含量对冲击吸收功的影响。
1.3晶粒度检测
加工金相试样，测试不同P含量对晶粒度的影响。
如图7-图9所示，P含量对00Cr21Ni13Mn5N的晶粒度有一定影响，0.015%P及以下时晶粒度变化不大，随着P含量的增加晶粒变大且存在混晶。
小结：
P含量对00Cr21Ni13Mn5N高温塑性有明显影响，随着P含量的增加高温塑性显著降低；0.015%P及以下时，对高温塑性影响相对较小。00Cr21Ni13Mn5N钢中P含量对冲击韧性有一定影响，但由于钢种高镍低锰的配比，提高了冲击韧性的稳定性，相对影响较小。当00Cr21Ni13Mn5钢中P含量0.015%P及以下时晶粒度变化不大，随着P含量的增加晶粒变大。
实施例2
根据炼钢工艺流程：电炉+AOD脱碳转炉+LF精炼+连铸电极料+电渣重熔，制得电渣钢坯，00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢成分如表2所示。电渣钢坯通过加热炉加热到1190℃～1210℃出炉后经过快锻机锻造；锻材通过高温热处理炉进行固溶处理：固溶温度为1080±10℃。控磷的关键步骤在电炉+ AOD脱碳转炉。
该炼钢工艺流程的具体步骤如下：
表200Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢化学成分
| 钢种 | C | Si | Mn | P | S | Cr | N | Ni | Al |
| 00Cr21Ni13Mn5N | 0.02 | 0.31 | 5.3 | 0.013 | 0.0018 | 21.0 | 0.27 | 13.5 | 0.037 |
（1）配料要求：炉料由合金料：电解锰（可用金属锰代替）、硅锰、碳锰、Ni板、高铬；钢铁料：低P废钢、本钢或类似本钢返回料等组成。
（2）电炉冶炼：将废铁、生铁和铁合金进行配料后送电熔化，待炉内形成熔池后开始吹氧助熔；熔池温度达到 1540°C时，扒掉初渣；扒掉初渣后将熔池温度控制在 1550-1580℃；在吹氧过程中流渣、换渣；出钢时防止下渣回磷，出钢磷含量控制在 0.03% 以下。
电炉控磷方案：配料过程尽量不采用 C-Mn合金，电炉改采用低 P 高铬和碳切头配碳，减少原料中磷含量 (不锈钢合金配料单中的配料中磷含量有高有低，会造成磷含量波动较大，因此需要选用低 P 的原材料来控制磷成分)。
电炉炼钢中，主要分为熔化期和还原期，而控制好熔化期原材料状况、炉渣状况和还原渣中Cr2O3的含量是关键。为了达到以上目的应做到：
1. 加好的原材料。
2. 熔化期提前造渣。
熔化期提前造渣具有以下作用：
A. 稳定电弧、屏蔽电弧；
B. 覆盖钢液面，防止热损失，并可减少钢液气化；
C. 吸收富集钢液中的杂质，从而纯洁钢液。
D. 减少元素挥发，为还原期创造条件。
为了满足熔化期提前造渣，在废钢配料时，将石灰总消耗量的 50%左右，随废钢、铁合金加入料篮中，并且同时加入电炉内，当熔化中后期，分批量加入石灰、白云石、造好一定碱度、良好流动性的炉渣及足够的渣量。
3. 还原期充分还原渣。
熔化期结束后，在渣中具有一定量 Cr2O3，如不将铬还原，那 Cr 损失很大，冶炼成本很高，为了充分还原渣中 Cr，采取使用碳氧喷枪将 Fe-Si 粉和碳粉喷入炉渣中，并随时加入石灰或白云石，保证炉渣碱度和流动性，另外为了充分还原渣中的Cr，采用喷入N2或Ar使还原动力学条件增强，当还原渣后，渣中 Cr2O3达到小于 5%，炉渣有较好的流动性，以便出钢时不堵塞出钢口，能顺利进行扒渣
4. 磷的氧化。
研究表明磷的氧化反应主要发生在钢-渣界面，其反应式为：
2[P]+5(FeO )=(P2O5)+5[Fe]放热反应(1)。
脱磷反应主要通过与(CaO)结合形成稳定 3CaO·P2O5和 4CaO·P2O5，通常情况下以 4CaO·P2O5为主。其反应式为：
2[P]+5(FeO)+4(CaO) =(4CaO·P2O5)+5[Fe]放热反应(2)。
从去磷反应的热力学条件可知，脱磷取决于三个要素：低温、高碱度炉渣、高(FeO)炉渣。
（3）AOD脱碳转炉：
使用 AOD转炉冶炼优质不锈钢，有两个必须要完成的核心任务：其一是脱碳，即将钢水中的碳含量降低到钢种要求的范围之内；其二是保铬，即保住钢水中的铬元素，使之不致被大量氧化而进入炉渣，同时还要使其含量符合钢水的冶炼要求。众所周知，转炉脱碳是在氧化性气氛中通过对碳的氧化来实现的。但是，在氧化钢水中碳的同时，其中的铬元素也可以被氧化。这样，利用 AOD 转炉冶炼优质不锈钢时，就出现了一对无法回避的矛盾，即：如果要脱碳，就无法确保钢水中的铬不被氧化；如果要保证钢水中的铬含量，那脱碳的目的又无法彻底实现。首先，不锈钢钢水中的部分铬元素将会被氧化成 Cr2O3而入炉渣；此时，如果存在着适当的冶炼条件和气氛，而目这种条件和气氛足以使钢水中碳元素的氧化能力变得强于铬元素的氧化能力，那么处于熔渣中的Cr2O3就是不稳定的，在这种条件下，钢水中的碳可以夺取熔渣中Cr2O3的氧而生成 CO 逸出转炉，同时，炉渣中的铬元素将被还原到钢水中成为不锈钢的主要合金元素。如果这样的话，AOD转炉冶炼不锈钢进行脱碳保铬的目的也就实现了。
AOD 控磷方案: 调节Mn含量时加金属Mn，尽量不采用C-Mn合金（原因在于：C-Mn合金磷含量波动较大，金属Mn中磷含量少）。
写法: N2气吹入制度，全程吹氮；炉渣碱度按2.4（约3000kg）设定；石灰、合金等加入温度为1620℃，单次加入量≤1500kg；根据实际钢中Mn含量加电解Mn（金属Mn）氧化期结束加入金属；出钢温度控制1630 ~ 1650℃，除渣60%出钢。
参考工艺规程 (AOD)如下：
1) 目标温度设为 1630-1650℃。
2) N2/Ar气吹入制度：全程吹氮。
3) 吹氧制度按超低碳不锈钢执行，吹氧后期，取样分析碳含量≤0.005%时，分批加入金属 Mn，调Mn含量到5.5%左右。
4) 还原炉渣碱度控制到2.4；还原剂脱氧剂比例按 Si：Al=5:5。
5) 还原操作 (采用双渣法)。
6) 将冶炼模式切换成还原模式，加入配置好的合金料和渣料。
7) 第一次还原时间 4min，还原结束后，测温和取化学样全分析成分。若钢液温度较高，可用金属Mn或氮化金属锰调Mn或N的含量。
8) 扒渣至1/3现钢液面（炉中渣量≤500kg），加长山特选石灰700kg/炉，80精炼渣200kg，Al块（或锭）80-140 kg/炉（进 LF 炉的铝含量控制在0.02-0.03%），萤石适量。
9) 第二次还原时间4min ，取化学样全分析成分(包括氮、铝含量)，样回，除氮含量外，其它成分进入内控，成分合格后，准备出钢。
（4） LF精炼的意义：LF炉作为转炉的炉外精炼设备，对转炉的初炼钢水进行温度控制、合金微调、脱氧、脱硫以及对钢水成份和温度均匀化等精炼处理。在与连铸机配合时，LF 炉在转炉与连铸机之间起缓冲作用，向连铸机及时提供合格钢水。钢水在 LF炉工位进行合金微调处理可精确控制钢水成份，LF炉为钢水提供了合金微调的条件，同时 LF 炉的加热功能可以保证钢水的温度。
LF 精炼规程：
1) 喂铝线到0.03%。
2) 送电，加入钢渣友总量不超过 120kg (每批 30-50kg) 深度脱氧脱硫，温度≥1500℃，取样全分析，样回，按内控调整成分（分批加入 N-Cr），继续加入钢渣友保持还原气氛，取样全分析。
3) 样回，钢中铝含量在0.02-0.04%，各元素含量在内控范围内：
写法：LF 炉喂适量 Al线，炉渣化好后，分批加入钢渣友深度脱氧脱硫；至炉渣变白，每隔5分钟检查一次炉渣，使硫含量小于0.002%；1450℃ ~ 1460℃吊包出钢。
LF 冶炼过程中控磷控制方案：①LF 炉喂适量Al线，炉渣化好后，分批加入钢渣友深度脱氧脱硫；②至炉渣变白，每隔 5 分钟检查一次炉渣。
（5）连铸浇注控制要点：成分已定，连铸是一个热量传输过程，也是把液体钢转变为固体钢的加工过程。
浇注温度1440～1450℃；结晶器钢液面淹没浸入式水口下孔时，开始加入结晶器保护渣，拉钢过程中及时补加结晶器保护渣，少加、勤加，保持渣面不发亮。
（6）电渣重熔控制要点：成分已定，主要是洁净炼钢，把钢再次熔化 凝固，去除钢中非金属夹杂物。
采用修磨方式清理连铸坯表面氧化铁；采用氩气保护措施；严格控制结晶器进出水温度，确保电渣坯组织致密。
（7）电渣钢坯及时转运到加热炉，加热温度1190℃～1210℃，加热时间4-6小时，出炉后经过快锻机锻造，终锻温度≥1000℃。
（8）及时将锻材转运到热处理工序进行固溶处理：固溶温度为1080±10℃，水冷。
通过本发明所述的控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的生产方法生产出的锻材成材率比未控磷的原工艺生产出的锻材成材率提高近12%。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1. 一种控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10. 将原料加入电炉内熔炼得到钢水；以及
S20. 将钢水注入AOD脱碳转炉，之后进行LF精炼、连铸浇注、电渣重熔，制得电渣钢坯，
其中，针对每个步骤制定控磷方案以控制终产物的磷含量，其中，步骤S10中，针对电炉的第一控磷方案包括：配料过程中避免采用C-Mn合金，并且所述电炉采用低P高铬和碳切头配碳；控制所述电炉内的熔炼温度为1520-1545℃，扒掉初渣；扒掉初渣后将温度控制在1550-1580℃，并且步骤S10包括：在配料时，将石灰总消耗量 50%的石灰随废钢、铁合金加入料篮中，并且同时加入电炉内，当熔化中后期，分批量加入石灰、白云石以得到具备一定碱度、良好流动性的炉渣及足够的渣量，从而满足熔化期提前造渣；使用碳氧喷枪将 Fe-Si粉和碳粉喷入炉渣中以还原炉渣中的Cr；以及加入氧化钙发生脱磷反应形成稳定的3CaO·P2O5和 4CaO·P2O5；步骤S20中，针对AOD脱碳转炉的第二控磷方案包括：调节Mn含量时加金属Mn，避免采用C-Mn合金，并且AOD具体工艺规程包括：1) 目标温度设为 1630-1650℃；2)全程吹氮；3)吹氧后期，取样分析碳含量≤0.005%时，分批加入金属 Mn，调Mn含量到5.5%左右；4) 还原炉渣碱度控制在2.4；还原剂脱氧剂比例按 Si：Al=5:5；5) 还原操作采用双渣法；6) 将冶炼模式切换成还原模式，加入配置好的合金料和渣料；7) 第一次还原时间4min，还原结束后，测温和取化学样全分析成分，若钢液温度较高，可用金属Mn或氮化金属锰调Mn或N的含量；8) 扒渣至1/3现钢液面，其中炉中渣量≤500kg，加石灰 700kg/炉，精炼渣200kg，Al块或锭80-140 kg/炉，其中进 LF 炉的铝含量控制在0.02-0.03%，萤石适量；9)第二次还原时间4min，取化学样全分析成分，除氮含量外，成分合格后，准备出钢；针对LF精炼的第三控磷方案包括：取样全分析成分，钢中铝含量控制在0.02-0.04%，各元素含量符合要求，具体包括：LF 炉喂适量 Al线，炉渣化好后，分批加入钢渣友深度脱氧脱硫；至炉渣变白，每隔5分钟检查一次炉渣，使硫含量小于0.002%；钢液温度1450-1460℃吊包出钢。
2.根据权利要求1所述的控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的生产方法，其特征在于，所述第一控磷方案进一步包括：大渣量条件下，在吹氧过程中流渣、换渣；出钢时防止下渣回磷，出钢磷含量控制在0.03%以下。
3.根据权利要求1所述的控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的生产方法，其特征在于，步骤S20中，针对连铸浇注的第四控磷方案包括：浇注温度1440-1450℃；结晶器钢液面淹没浸入式水口下孔时，开始加入结晶器保护渣，拉钢过程中以少加、勤加的方式及时补加结晶器保护渣，保持渣面不发亮。
4.根据权利要求1所述的控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的生产方法，其特征在于，步骤S20中，针对电渣重熔的第五控磷方案包括：采用修磨方式清理连铸坯表面氧化铁；采用氩气保护措施；严格控制结晶器进出水温度，确保电渣坯组织致密。
5. 根据权利要求1所述的控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的生产方法，其特征在于，进一步包括：
S30. 将所述电渣钢坯加热到1190℃～1210℃，之后进行锻造，得到锻材；以及
S40. 对锻材进行固溶处理，其中，固溶温度为1080±10℃。
6.根据权利要求1所述的控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的生产方法，其特征在于，所述00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢包括以下重量百分比含量的组分：20%≤Cr≤22.5%，C≤0.03%，0.20%≤N≤0.40%，11.5%≤Ni≤14%，4.0%≤Mn≤6.0%，Si≤1.0%，P≤0.015%，S≤0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质。
7.根据权利要求6所述的控磷00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢的生产方法，其特征在于，所述00Cr21Ni13Mn5N高氮奥氏体不锈钢包括以下重量百分比含量的组分：Cr：21%，C：0.02%，N：0.27%，Ni：13.5%，Mn：5.3%，Si：0.31%，P：0.013%，S：0.0018%，余量为Fe和不可避免的杂质。
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