CN1563463A

CN1563463A - 含n双相不锈钢的冶炼生产方法

Info

Publication number: CN1563463A
Application number: CN 200410017115
Authority: CN
Inventors: 胡俊辉; 朱诚; 王子庆; 徐松乾; 季文龙
Original assignee: Shanghai No5 Iron And Steel Co Ltd Baoshan Iron And Steel Group
Current assignee: Baosteel Special Steel Co Ltd
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2024-03-23
Also published as: CN1302138C

Abstract

含N双相不锈钢的冶炼生产方法，其特征是：第一，在电弧炉内按不锈钢返回吹氧法进行熔化初炼。第二，在AOD炉内冶炼出成分和纯净度合格的含N双相不锈钢钢液：(1)开吹温度≥1540℃；(2)脱碳期，吹入N₂、O₂混合气体进行脱C、增N₂、升温处理，O₂/N₂＝4；取样分析，调整成分；当C≈0.10％、0.05％时，O₂/N₂＝2、0.5；当C＜0.01％时，停吹O₂，改吹Ar；加入预还原渣料，时间7min；取样全分析并拉渣全部，加还原渣料；(3)还原期，吹氩搅拌和强制脱氧，还原渣中氧化铬；吹N，增N；取样分析，成分微调。最后将钢液浇注成模铸钢锭。本发明具有冶炼工艺稳定、生产成本低的特点，生产出的SAF2205双相不锈钢(N含量上下限≤0.05％)，成分、夹杂物满足标准要求，冶炼合格率100％。

Description

含N双相不锈钢的冶炼生产方法

技术领域

本发明涉及冶金行业不锈钢的冶炼与浇铸方法，尤其是指双相不锈钢的冶炼方法。

背景技术

不锈钢是常见的合金钢，一般可分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和双相不锈钢。所谓双相不锈钢是在它的固溶组织中奥氏体相和铁素体相约各占50％左右，一般较少相的含量最少也需要达到30％。双相不锈钢不仅具有铁素体不锈钢的优良韧性和焊接性，还兼有奥氏体不锈钢的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能，它良好的抗点蚀和抗应力腐蚀性能，能在酸性介质，尤其是在高氯离子环境和高应力腐蚀条件下长期使用，广泛应用于石油、海洋和化工等领域。

双相不锈钢的基本成分是：高铬(Cr含量＝18～25％，铬能促进钢中铁素体相的形成和稳定，提高钢的耐晶间腐蚀性能。)，富镍(Ni含量＝4～7％，Ni是双相不锈钢中主要控制相平衡的元素，有利于扩大钢中的奥氏体相比例，过高导致钢中奥氏体相≥50％，会使铁素体相中更多富集铬、钼等促使σ脆性相转变的元素，降低钢的韧性；过低导致钢中铁素体数量高，降低钢的塑韧性。)，超低碳(C含量≤0.03％，钢中C含量较高，焊接时会失去相的平衡，导致耐蚀性及韧性下降，在应用上受到限制。)，适量的铁素体相形成元素Mo、W，以及适量的奥氏体相形成元素N。

在双相不锈钢中，作为奥氏体相形成元素的N有重要作用：在焊接接头热影响区快速冷却时，N促进了高温下形成的铁素体逆转变为足够的二次奥氏体以维持必要的相平衡，提高接头的耐蚀性；N可以提高富氮奥氏体相的耐孔蚀能力，与富Cr、Mo的铁素体相取得平衡，提高了材料整体的耐孔蚀性能；N能减轻Cr、Ni等元素在两相中分布的差异，降低选择腐蚀的倾向性。正是由于N的这些独特效果，含N双相不锈钢的研究开发得到了钢铁生产厂家和用户的欢迎。相对而言，欧美和日韩钢厂的含N双相不锈钢起步较早，生产工艺较成熟，牌号也成多；而我国则起步较晚，不仅生产规模小，牌号也比较单一，且冶炼工艺尚处于探索阶段，尤其是C、N的成分控制较困难，故冶金质量不够稳定，也未见国内外详细生产方法的文献报道。

理论上说，向不锈钢钢液增氮(N)的方法有两种：一种是加入含N合金，但由于含N合金(如氮化锰、氮化铬等)中的N含量较低且成分不稳定(也就是成分波动较大)，引起N回收率的极不稳定，造成双相不锈钢成品的N含量控制困难，严重时造成产品报废，另外氮化锰、氮化铬等含N合金的价格比较高，也是正常生产的制约因素；另一种是向钢液中吹入氮气(实际生产中，AOD炉精炼前期主要是含氮、氧的混合气体，一方面脱碳，另一方面增氮。)，这种方法比较经济实用，有利条件是N在不锈钢液中有一定的溶解度，氮气的价格也比较便宜；难点在于钢液增N量(或脱N量)受铬镍比、碳当量、氮气在气氛中的分压、钢液温度及钢中硫和氧含量等多方面因素的影响，且钢液中N含量的上下限范围十分狭窄，比较高级的含N双相不锈钢，N含量的上下限范围只有0.05％(也就是500ppm，对一个具体的含N双相不锈钢钢种，N含量太高或太低，会影响钢中的相平衡，影响钢的性能。)，因此对钢中氮的控制十分困难，生产冶炼的难度很大。因此，在关系国民经济的许多需使用双相不锈钢的重要领域，大都不得不依靠进口解决。

发明内容

本发明开发一种含N双相不锈钢的冶炼生产方法，采用“电弧炉初炼+AOD炉精炼”的方式，在AOD炉冶炼时，通过吹入钢液中的氮气(或含氮混合气体)的时间、流量控制，实现对钢液中的N含量的控制，生产出符合标准要求的双相不锈钢的钢锭，提高冶炼合格率，降低生产成本，满足用户要求和市场需要。

本发明提供的一种含N双相不锈钢的冶炼生产方法，其特征是采用“电弧炉初炼+AOD炉精炼”的方式，首先在普通电弧炉内，对炉料进行熔化初炼；然后在AOD炉对钢液精炼，冶炼出成份和纯净度合格的双相不锈钢钢液，最后将高温钢液浇注成模铸钢锭或连铸钢坯：

首先在普通电弧炉内，对返回料、合金、辅料等炉料进行熔化初炼：

1)冶炼所需的返回料、合金和辅料等原材料配料时，原材料碳含量不受限制(因AOD有良好的脱碳效果)，尽量使用高碳合金(低C铬合金成本大大高于高C铬合金)，降低冶炼成本；

2)熔化初炼按一般不锈钢返回吹氧法操作；

3)成分控制：Cr、Mo中上限，Ni中限，Si≤0.30％；

4)出钢前拉渣全部，确保无渣出钢；

5)出钢温度：T≥1620℃(出钢温度过低，不能确保AOD开吹温度≥1540℃。)；

然后在AOD炉内进行双相不锈钢钢液的熔炼；在脱碳期，通过调整氧在氮、氧混合气体中的分压，一方面实现高铬钢液中碳优先氧化的条件，另一方面实现钢液中增N的目的；在还原期，通过强烈的惰性气体(氮气、氩气)搅拌和强制脱氧，一方面清洗钢液，脱氧并去除钢液中的有害气体、有害杂质，加速渣中氧化铬的还原，使电炉从高铬钢液脱碳的重负中解脱出来，另一方面通过惰性气体中氮气、氩气的切换，实现钢液中氮含量的微调，控制N含量的上下限范围在0.05％(也就是500ppm)之内：

1)AOD开吹温度≥1540℃(AOD开吹温度较低时，吹入钢液中的氧，与铬反应，生成氧化铬，铬损增加，脱碳困难。)；

2)兑钢毕拉渣部分，测温、取样分析(1)；并根据钢液中[Si]含量加入石灰，石灰加入量＝(3.5～4.2)×G×[Si]，G是炼钢炉内钢液重量；按脱碳能力系数，调整氧在氮、氧混合气体中的分压(根据脱碳能力系数，在氮、氧混合气体中，随着碳含量的下降，调整氧的分压下降。)，向炉内吹入比例关系是O₂∶N₂＝(3.0～4.5)∶1的氮、氧混合气体，在AOD炉进行脱碳、增N、升温处理；根据分析(1)结果调整成分至内控中限(Cr回收按95％计算，Ni、Mo回收按100％计算)；

3)当C约为0.10％(根据吹氧降碳公式计算)时测温、取样分析(2)，并切换氮、氧混合气体流量比例，比例关系是O₂∶N₂＝(1.5～2.5)∶1；当C约为0.05％(根据吹氧降碳公式计算)时测温、取样分析(3)，并切换氮、氧混合气体流量比例，比例关系是O₂∶N₂＝(0.3～0.6)∶1；

4)当C＜0.010％时，停止吹氮、氧混合气体，改吹惰性气体(氮气、氩气)清洗钢液，脱氧并去除钢液中的有害气体、有害杂质，惰性气体流量为400～600m³/h，取样分析的N含量达到成分上限时，全部吹氩；向炉内加入预还原渣料，渣料配比：(3.7～4.5)×G×[Si]的石灰、15～35Kg Si-Fe/吨钢(根据原始钢液成份和吹氧总量计算，利用高温下Si氧化性优于Cr的特点，将已氧化的铬还原出来，使得总铬回收率达到95～97％)、电解锰适量、Al适量；预还原时间5～8min，取样全分析(4)、(5)，并拉渣全部；

5)加入还原渣料，渣料配比：15～25Kg石灰/吨钢、0.6～1.0Kg萤石/吨钢(也就是说，以石灰加入量的3～5％加入；用于改善钢液的流动性)、Al适量，为确保还原良好，可加Si-Ca适量；吹氮精炼和增氮(钢液中的N含量在预还原、还原期会有流失)，故根据分析(4)、(5)的N含量结果和氮气流量，增氮量按100％回收率计算；

6)测温，取样分析(6)，根据分析(6)微调成分，吹氩精炼并调节钢中氮含量，氩气流量400～600m³/h(根据分析(6)的结果及脱氮量公式计算吹氩调节氮含量的时间)；

7)出钢，有B含量(提高钢的高温使用强度)要求的，出钢时随钢流配；最后将高温钢液浇注成模铸钢锭或连铸钢坯。

本发明具有下列优点：

1.可使用价格低廉的高碳合金，降低生产成本。

2.冶炼操作简单，可按常规超低碳不锈钢进行操作。

3.AOD炉内分三期脱碳，将碳控制在0.010％以下。

4.钢的硫化物、氧化物、硅酸盐、点状非金属夹杂物级别低，纯净度高。

5.氮含量控制精度高，成本低。

具体实施方案

某钢铁公司炼钢车间实施本发明专利，生产22炉SAF2205牌号的双相不锈钢(C＜0.03％，Cr＝22～23％，Ni＝4.5～6.5％，N＝0.15～0.20％，Si＜1％，Mn＝0.40～0.80％，P≤0.025％，S≤0.008％，Mo＝3.0～3.5％，B＝0.0001～0.0010％，氧含量≤0.0040％，Al≤0.025％；硫化物≤1级，氧化物≤2级，点状夹杂物≤1级)，其工艺流程是20吨交流电弧炉熔化初炼-→18吨AOD熔炼-→模铸浇注成1.2吨钢锭(氩气保护浇注)。第一步，电弧炉熔化初炼：初炼炉与其它一般不锈钢操作相同，熔清大于80％后吹氧助熔；钢液温度大于1660℃时加入还原剂预还原，预还原后取样全分析，拉渣全部；根据分析结果调整成分，Cr、Mo中上限，Ni中下限，Si≤0.30％；温度大于1630℃出钢。第二步，在AOD炉进行双相不锈钢钢液的熔炼：(1)AOD开吹温度≥1540℃；(2)兑钢毕拉渣部分，测温T＝1568℃、取样分析(a)；加入石灰(3.5～4.2)×G×[Si]＝400Kg；向炉内吹入氮、氧混合气体(比例关系是O2∶N2＝(3.0～4.5)∶1＝4∶1)，在AOD炉进行脱碳、升温处理；根据分析(a)结果调整成分至内控中限(Cr回收按96％计算，Ni回收按100％计算)；(3)当C约为0.10％(根据吹氧降碳公式计算)时测温T＞1700℃、取样分析(b)，并切换氮、氧混合气体流量(O2∶N2＝(1.5～2.5)∶1＝2∶1)；(4)当C约为0.05％时测温、取样分析(c)，并切换氮、氧混合气体流量比例，比例关系是O2∶N2＝(0.3～0.6)∶1＝1∶2；(4)继续吹氧降碳，当C约0.010％左右时，停止吹氮、氧混合气体，改吹惰性气体(氮气、氩气)清洗钢液(脱氧并去除钢液中的有害气体、有害杂质，)，此时取样分析的N含量达到成分上限(N＝0.20％)，惰性气体全部是氩气，氩气流量为480m3/h；向炉内加入预还原渣料，渣料配比：(3.5～4.2)×G×[Si]＝600Kg石灰、430Kg Si-Fe(22Kg/吨钢)、电解锰适量。预还原时间7min后，取样全分析(d、e)，拉渣全部；(5)加入还原渣料，确保还原良好，Al适量，加Si-Ca适量；渣料配比：300Kg石灰、(3～5％)×300Kg＝15Kg萤石；吹氮精炼和增氮，根据取样全分析(d、e)的N含量(N＝0.12％)、氮气流量(480m3/h)，增氮量按100％回收率计算，吹氮精炼1-2分钟；(6)测温，取样分析(f)，根据分析(f)微调成分，吹氩精炼1-2分钟，氩气流量为480m3/h；(7)出钢，随钢流配0.0004％～0.0010％的B。第三步，采用模铸工艺将高温钢液浇铸成1.2吨钢锭：采用氩气保护浇注工艺(提高钢液的的纯洁度)；浇注温度为1525～1535℃，镇静时间6分钟；以合理的浇注速度(浇注时间7min)，使保护渣均匀熔化和钢液均匀上升，将高温钢液浇铸成钢锭。本发明专利具有冶炼操作简单、原材料合金配料限制少、冶金动力学条件良好、生产成本低、装备和工艺通用性强的特点，实施本发明专利生产出的SAF2205双相不锈钢，其化学成分完全满足内控要求，钢中硫、氧、氢含量接近真空脱碳法的水平，硫化物、氧化物、硅酸盐、点状非金属夹杂物级别低，氮的控制精度高，经轧制和穿管后制成的成品，性能符合用户质量标准，合格率100％，满足了国内大规模生产含N双相不锈钢的要求。

Claims

1、含N双相不锈钢的冶炼生产方法，其特征是采用“电弧炉初炼+AOD炉精炼”的方式，首先在普通电弧炉内，对炉料进行熔化初炼；然后在AOD炉对钢液精炼，冶炼出成份和纯净度合格的双相不锈钢钢液，最后将高温钢液浇注成模铸钢锭或连铸钢坯：

第一步，在普通电弧炉内，对返回料、合金、辅料等炉料进行熔化初炼：

1)冶炼所需的返回料、合金和辅料等原材料配料时，原材料碳含量不受限制，尽量使用高碳合金；

2)熔化初炼按一般不锈钢返回吹氧法操作；

3)成分控制：Cr、Mo中上限，Ni中限，Si≤0.30％；

4)出钢前拉渣全部，确保无渣出钢；

5)出钢温度：T≥1620℃；

第二步，在AOD炉内进行双相不锈钢钢液的熔炼；在脱碳期，通过调整氧在氮、氧混合气体中的分压，一方面实现高铬钢液中碳优先氧化的条件，另一方面实现钢液中增N的目的；在还原期，通过强烈的惰性气体(氮气、氩气)搅拌和强制脱氧，一方面加速渣中氧化铬的还原，使电炉从高铬钢液脱碳的重负中解脱出来，另一方面通过惰性气体中氮气、氩气的切换，实现钢液中氮含量的微调，控制N含量的上下限范围在0.05％之内：

1)AOD开吹温度≥1540℃；

2)兑钢毕拉渣部分，测温、取样分析(1)；并根据钢液中[Si]含量加入石灰，石灰加入量＝(3.5～4.2)×G×[Si]，G是炼钢炉内钢液重量；向炉内吹入比例关系是O₂∶N₂＝(3.0～4.5)∶1的氮、氧混合气体，在AOD炉进行脱碳、增N、升温处理；根据分析(1)结果调整成分至内控中限：Cr回收按95％计算，Ni、Mo回收按100％计算；

3)当C约为0.10％时测温、取样分析(2)，并切换氮、氧混合气体流量比例为O₂∶N₂＝(1.5～2.5)∶1；当C约为0.05％时测温、取样分析(3)，并切换氮、氧混合气体流量比例为O₂∶N₂＝(0.3～0.6)∶1；

4)当C＜0.010％时，停吹氮、氧混合气体，改吹惰性气体(氮气、氩气)清洗钢液，脱氧并去除钢液中的有害气体、有害杂质，惰性气体流量为400～600m³/h，取样分析的N含量达到成分上限时，全部吹氩；向炉内加入预还原渣料，渣料配比：(3.7～4.5)×G×[Si]的石灰、15～35KgSi-Fe/吨钢、电解锰适量、Al适量；预还原时间5～8min，取样全分析(4)、(5)，并拉渣全部；

5)加入还原渣料，渣料配比：15～25Kg石灰/吨钢、0.6～1.0Kg萤石/吨钢、Al适量，Si-Ca适量；吹氮精炼和增氮，根据分析(4)、(5)的N含量结果和氮气流量，增氮量按100％回收率计算；

6)测温，取样分析(6)，根据分析(6)微调成分，吹氩精炼并调节钢中氮含量，氩气流量400～600m³/h，根据分析(6)的结果及脱氮量公式计算吹氩调节氮含量的时间；

7)出钢，有B含量要求的，出钢时随钢流配；

最后将高温钢液浇注成模铸钢锭或连铸钢坯。