CN101121987A - 含钛奥氏体不锈钢的冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
一种含钛奥氏体不锈钢的冶炼方法，它是把AOD精炼后的钢水加入到LF精炼炉中精炼，其步骤如下：1)钢水到LF炉后加入石灰、萤石与铝粉调渣；2)调渣结束后加入FeNb，加入量是使Nb为钢水的0.10％－0.20％；3)温度为1540℃时喂硅钙线4米/吨；4)加入FeTi，加入量是使Nb为钢水的0.10％－0.15％，保证满足(0.5Nb+Ti)≥6C，并搅拌；5)钢水的成分(重量％)达下述值时出站，C≤0.04％、Si 0.40％－0.70％、Mn0.80％－1.50％、P≤0.030％、S≤0.005％、Ni 17.02％－17.80％、Cr 9.02％－9.15％、N≤0.015％，(0.5Nb+Ti)≥6C，其余为Fe及不可避免的杂质，浇注成连铸坯。本含钛奥氏体不锈钢的冶炼方法工艺难度较小，容易掌握，废品率低。
Description
技术领域
本发明涉及一种含钛奥氏体不锈钢的冶炼方法。
背景技术
含Ti奥氏体不锈钢在各种腐蚀介质中具有优秀的耐蚀性和优良的综合力学性能，在各种化工及轻工领域得到广泛的应用。含Ti奥氏体不锈钢品种，国内市场占有率达90％以上，钢种主要包括1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni10Ti、SUS321、X6CrNiTi18-10，其成品化学成分见表1。
表1
| 牌号 | 标准 | 主要成份，％(其余为Fe与S、P及不可避免的杂质) | |||||
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Ti | ||
| 1Cr18Ni9Ti | GB | ≤0.12 | ≤1.00 | ≤2.00 | 17～19 | 8～11 | 5(C-0.02)～0.80 |
| 0Cr18Ni10Ti | GB | ≤0.08 | ≤1.00 | ≤2.00 | 17～19 | 9～12 | ≥5C |
| SUS321 | JIS | ≤0.08 | ≤1.00 | ≤2.00 | 17～19 | 9～13 | ≥5C |
| X6CrNiTi18-10 | EN | ≤0.08 | ≤1.00 | ≤2.00 | 17～19 | 9～12 | 5C～0.7 |
为防止奥氏体不锈钢在使用过程中产生晶间腐蚀，在该类钢种中加入一定量的Ti，用来稳定钢中的C。但是Ti与氮和氧有较强的亲和力，在冶炼和连铸过程中钢液中极易形成TiN和TiO2夹杂，减少TiN和TiO2夹杂的唯一途径是降低钢中的Ti含量。现有的方法是采用Ti单稳定化工艺来生产含Ti奥氏体不锈钢，该方法对生产工艺要求十分严格，难以掌握，生产难度大，稍有疏忽就可能由于产品表面夹杂问题造成废品。由于含Ti奥氏体不锈钢连铸坯很容易产生夹杂缺陷，表面质量差、废品比例高，所以轧制前要对坯料进行认真的修磨，以清除表面皮下夹杂缺陷，导致修磨工作量大，金属损耗多。
发明内容
为了克服现有含钛奥氏体不锈钢冶炼方法的上述不足，本发明提供一种工艺难度较小，容易掌握，表面质量高，废品率低的含Ti奥氏体不锈钢的冶炼方法。
本发明针对Ti单稳定化工艺在实际生产中存在的主要问题为表面质量差、金属损耗多和废品比例高，本发明公开了Nb-Ti双稳定化方法，采用该方法可有效解决上述问题。表1列出了按GB、JIS及EN对含Ti奥氏体不锈钢中Ti含量的控制要求，Ti含量满足下限即可满足标准要求。但要实现完全稳定化，避免晶间腐蚀现象的发生，仅按上述标准规定的Ti含量控制是不够的。生产实践表明，要实现完全稳定化，必须使含Ti奥氏体不锈钢中的Ti含量≥6×C，才能保证晶间腐蚀结果完好、不出现裂纹。
Nb-Ti双稳定化冶炼方法的基本思路是利用Nb即可以稳定C又不易氧化的特点，在LF炉进行Nb和Ti的合金化，把产品Ti含量控制在标准规定的下限，这时候产品Ti含量不能满足≥6×C，为完全稳定C而需要的那部分Ti改由加入Nb进行补足，补Nb量满足(0.5×Nb+Ti)≥6×C(注：Nb原子量93，Ti原子量48，补Nb量应是所需Ti量的2倍)。这样即确保上述钢种获得良好的表面质量及耐晶间腐蚀性能，又确保产品Ti含量满足标准要求。
Nb-Ti双稳定化是在LF炉实现的。钢水到LF后加入石灰、萤石、铝粉调渣，调渣结束后加入FeNb，FeNb收得率按98％计算，1Cr18Ni9Ti钢中目标[Nb]0.20％，0Cr18Ni10Ti、SUS321和X6CrNiTi10-8钢中目标[Nb]0.10％；在出站前25分钟，温度为1540℃时喂硅钙线4米/吨，喂线结束弱搅2分钟，加入FeTi，1Cr18Ni9Ti钢中目标[Ti]0.10％，0Cr18Ni10Ti、SUS321和X6CrNiTi10-8钢中目标[Ti]0.15％，保证满足(0.5 Nb+Ti)≥6C；基于上述思路，本含钛奥氏体不锈钢的冶炼方法发明对含Ti奥氏体不锈钢中的Ti、Nb含量具体控制如下，产品成分(重量％)设计详见表2。
(钢中其他成分Si、Mn、P、S、Cr、Ni按原标准要求中限控制。)
本含钛奥氏体不锈钢的冶炼方法主要是把下述成分(重量％)的钢水：
C≤0.025％ Si 0.30％0.50％ Mn 0.90％-30％ P≤0.030％
S≤0.005％ Ni 17.10％-17.50％ Cr 9.10％-9.40％ N≤0.015％其余为Fe及不可避免的杂质，温度≥1620℃，
加入到LF精炼炉中精炼，LF精炼炉精炼的步骤如下：
1)钢水到LF炉后加入石灰(4.5Kg/吨钢)、萤石(1.8Kg/吨钢)、铝粉(0.6Kg/吨钢)调渣；
2)调渣结束后加入FeNb，FeNb收得率按98％计算，加入量是使Nb为钢水的0.10％-0.20％；
3)在出站前25分钟，温度为1540℃时喂硅钙线4米/吨，喂线结束弱搅拌2分钟；
4)加入FeTi，加入量是使Nb为钢水的0.10％-0.15％，保证满足(0.5 Nb+Ti)≥6C；加FeTi时，加料处底吹氩流量设定400Nl/min，另一侧底吹设定80 Nl/min；加入FeTi搅拌2-3分后底吹设置为弱搅，弱搅时间不小于15分钟；
5)钢水的成分(重量％)达下述值时出站，
C≤0.04％ Si 0.40％-0.70％ Mn 0.80％-1.50％ P≤0.030％
S≤0.005％ Ni 17.02％-17.80％ Cr 9.02％-9.15％ N≤0.015％，(0.5 Nb+Ti)≥6C，其余为Fe及不可避免的杂质，温度≥1520℃，浇注成连铸坯。
冶炼1Cr18Ni9Ti钢时，上述的LF精炼炉精炼过程中，在步骤2)加FeNb时，FeNb收得率按98％计算，加入量是使Nb为钢水0.20％；在步骤4)加入FeTi时，加入量是使Nb为钢水0.10％。
冶炼0Cr18Ni10Ti、SUS321和X6CrNiTi10-8钢时，上述的LF精炼炉精炼过程中，在步骤2)加FeNb时，FeNb收得率按98％计算，加入量是使Nb为钢水0.10％；在步骤4)加入FeTi时，加入量是使Nb为钢水0.15％。
从铁水冶炼开始，本含钛奥氏体不锈钢的冶炼方法包括下述依次步骤：
一、转炉冶炼
将高炉铁水加入转炉中冶炼，进行脱C、脱P、脱S处理，处理后的铁水中的P≤0.015％，S≤0.01 5％，Si 0.20～0.30％；
二、电炉冶炼
电炉加入不锈废钢和高碳铬铁，熔化后将转炉处理后的钢水加入电炉进行冶炼，钢水的成分(重量％)达下述值时出炉。
C 1.30％-2.50％ Si 0.10％-0.30％ Mn≤0.50％ P≤0.025％
S≤0.015％ Ni 5.00％-6.00％ Cr 17.30％-17.80％其余为Fe及不可避免的杂质，出炉温度1650℃-1670℃。
三、AOD精炼
将电炉冶炼的钢水加到AOD炉精炼，氧化期结束后采用硅铁还原，加入低碳铬铁和Ni合金调整成分，钢水的成分(重量％)达下述值时出炉。
钢水成分(重量％)为：
C≤0.025％ Si 0.30％-0.50％ Mn 0.90％-30％ P≤0.030％
S≤0.005％ Ni 17.10％-17.50％ Cr 9.10％-9.40％ N≤0.015％其余为Fe及不可避免的杂质，出炉温度≥1620℃。
四、LF精炼
按照上述的LF精炼步骤调渣、加入FeNb、喂硅钙线与吹氩搅拌精炼，
钢水成分(重量％)达下述值时出站。
C≤0.04％ Si 0.40％-0.70％ Mn 0.80％-1.50％ P≤0.030％
S≤0.005％ Ni 17.02％-17.80％ Cr 9.02％-9.15％ N≤0.015％，(0.5Nb+Ti)≥6C，其余为Fe及不可避免的杂质。出站温度≥1520℃。
本含钛奥氏体不锈钢的冶炼方法的产品成分(重量％)设计见表2。
表2
| 标准 | 钢号 | C(％) | N(％) | Ti(％) | Nb(％) | 0.5×Nb+Ti | |
| GB | 1Cr18Ni9Ti | 标准 | ≤0.12 | ≤0.10 | 5(C-0.02)～0.8 | ||
| 控制范围 | ≤0.04 | ≤0.020 | 5(C-0.02)～0.15 | ≥6C | |||
| 目标 | 0.025 | 0.0120 | 0.10 | 0.20 | 0.20 | ||
| 0Cr18Ni10Ti | 标准 | ≤0.08 | ≤0.10 | 5C～0.7 | |||
| 控制范围 | ≤0.04 | ≤0.020 | 5C～0.25 | ≥6C | |||
| 目标 | 0.025 | 0.0120 | 0.15 | 0.10 | 0.20 | ||
| JIS | SUS321 | 标准 | ≤0.08 | ≥5C | |||
| 控制范围 | ≤0.04 | ≤0.020 | 5C～0.25 | ≥6C | |||
| 目标 | 0.025 | 0.0120 | 0.15 | 0.10 | 0.20 | ||
| EN | X6CrNiTi18-10(1.4541) | 标准 | ≤0.08 | 5C～0.7 | |||
| 控制范围 | ≤0.04 | ≤0.020 | 5C～0.25 | ≥6C | |||
| 目标 | 0.025 | 0.0120 | 0.15 | 0.10 | 0.20 |
五、浇注
浇注全过程采用无氧化保护浇注，钢包长套管插入中间包钢液中，钢包水口与套管连接处采用氩气保护，中间包钢液使用覆盖剂覆盖，从而在浇注过程中实现钢液与空气的隔离。中包温度与对应拉速控制见表3
表3
| 液相线温度(℃) | 1452 | 目标温度(℃) | 1485-1505 | ||
| 铸坯宽度mm | 1000-1300 | 1301-1650 | 1651-2150 | ||
| 结晶器保护渣 | ST-SP850-A | 目标拉速m/min | 1.10 | 1.05 | 0.95 |
| 中包覆盖剂 | ZFGJ-BX1 | 拉速范围m/min | 0.95-1.25 | 0.90-1.20 | 0.80-1.10 |
本发明的Nb-Ti双稳定化方法利用Nb具有稳定C的作用且不易氧化的特点，有效解决了Ti单稳定化方法在实际生产中存在的产品表面质量差、铸坯金属损耗多和废品比例高的问题。经过生产实际验证，该方法效果良好，有效的解决了含Ti奥氏体不锈钢生产工艺难题，不仅产品质量得到大幅提高，并且晶腐检验全部合格，取得了可观的经济效益。两种工艺效果对比见表4。
表4
| 方法 | 金属损耗，％ | 废品率，％ | 晶腐检验 |
| Ti单稳定化 | 3.5～4.5 | 5.0～10.0 | 合格 |
| Nb-Ti双稳定化 | 1.5～2.5 | ≤1.5 | 合格 |
综上所述，采用Nb-Ti双稳定化方法来替代Ti单稳定化工艺，能够满足产品晶间腐蚀性能的要求，同时提高产品表面质量，明显降低了废品率，降低综合成本。
具体实施方式
实施例一
本实施例是1Cr18Ni9Ti含钛奥氏体不锈钢的钛稳定化方法。
工艺流程：
BOF转炉→EAF电炉→AOD氩氧炉→LF→CCM连铸
一、转炉冶炼
将高炉铁水加入转炉中冶炼，进行脱C、脱P、脱S处理，处理后的铁水中的
P 0.012％ S 0.010％ Si 0.26％；
二、电炉冶炼
电炉加入不锈废钢和高碳铬铁，熔化后将转炉处理后的铁水加入电炉进行冶炼，钢水的成分达下述值时出炉。
钢水成分为：
C 1.92％ Si 0.22％ Mn 0.35％ P 0.021％
S 0.009％ Ni 5.42％ Cr 17.53％其余为Fe及不可避免的杂质，出炉温度1665℃。
三、AOD精炼
将电炉冶炼的钢水加到AOD炉精炼，氧化期结束后采用硅铁还原，加入低碳铬铁和Ni合金调整成分，钢水的成分达下述值时出炉。
钢水成分为：
C 0.021％ Si 0.45％ Mn 1.13％ P 0.025％
S 0.003％ Ni 17.25％ Cr 9.26％ N 0.012％其余为Fe及不可避免的杂质，出钢温度1636℃。
四、LF精练
钢水到LF后加入石灰800Kg、萤石300Kg、铝粉100Kg调渣，调渣结束后加入FeNb 530Kg，在出站前25分钟，温度为1542℃时喂硅钙线650米，喂线结束弱搅2.3分钟，加入FeTi 550Kg，加FeTi时，加料处底吹氩流量402Nl/min，另一侧底吹81Nl/min；加入FeTi搅拌3.5分钟，之后底吹设置为弱搅，弱搅时间15.3分钟。钢水的成分达下述值时出站。
钢水成分为：
C 0.031％ Si 0.61％ Mn 1.13％ P 0.022％
S 0.002％ Ni 17.22％ Cr 9.16％ N 0.014％
Nb 0.21％ Ti 0.09％其余为Fe及不可避免的杂质，出站温度1525℃。
五、浇注
浇注全过程采用无氧化保护浇注，钢包长套管插入中间包钢液中，钢包水口与套管连接处采用氩气保护，中间包钢液使用覆盖剂覆盖，从而在浇注过程中实现钢液与空气的隔离。中包温度及拉速见表5：
表5
| 铸坯宽度mm | 中包温度(℃) | 拉速m/min |
| 1235 | 1490 | 1.12 |
实施例二
本实施例是0Cr18Ni10Ti含钛奥氏体不锈钢的钛稳定化方法。
工艺流程：
BOF转炉→EAF电炉→AOD氩氧炉→LF→CCM连铸
一、转炉冶炼
将高炉铁水加入转炉中冶炼，进行脱C、脱P、脱S处理，处理后的铁水中的
P 0.014％ S 0.015％ Si 0.28％；
二、电炉冶炼
电炉加入不锈废钢和高碳铬铁，熔化后将转炉处理后的铁水加入电炉进行冶炼，钢水的成分达下述值时出炉。
钢水成分为：
C 2.01％ Si 0.21％ Mn 0.42％ P 0.029％
S 0.014％ Ni 5.63％ Cr 17.69％其余为Fe及不可避免的杂质，出炉温度1667℃。
三、AOD精炼
将电炉冶炼的钢水加到AOD炉精炼，氧化期结束后采用硅铁还原，加入低碳铬铁和Ni合金调整成分，钢水的成分达下述值时出炉。
钢水成分为：
C 0.024％ Si 0.49％ Mn 1.26％ P 0.032％
S 0.002％ Ni 17.31％ Cr 9.32％ N 0.012％其余为Fe及不可避免的杂质，出炉温度为1648℃。
四、LF精练
钢水到LF后加入石灰800Kg、萤石300Kg、铝粉100Kg调渣，调渣结束后加入FeNb 260Kg，在出站前25分钟，温度为1544℃时喂硅钙线640米，喂线结束弱搅2.2分钟，加入FeTi 820Kg，加FeTi时，加料处底吹氩流量403Nl/min，另一侧底吹82Nl/min；加入FeTi搅拌3.3分钟，之后底吹设置为弱搅，弱搅时间15.1分钟。钢水的成分达下述值时出站。
钢水成分为：
C 0.028％ Si 0.6％ Mn 1.12％ P 0.022％
S 0.002％ Ni 17.30％ Cr 9.20％ N 0.012％
Nb 0.09％ Ti 0.16％其余为Fe及不可避免的杂质，出站温度1529℃。
五、浇注
浇注全过程采用无氧化保护浇注，钢包长套管插入中间包钢液中，钢包水口与套管连接处采用氩气保护，中间包钢液使用覆盖剂覆盖，从而在浇注过程中实现钢液与空气的隔离。中包温度及对应拉速见表6：
表6
| 铸坯宽度mm | 中包温度(℃) | 拉速m/min |
| 1235 | 1495 | 1.11 |
SUS321、X6CrNiTi18-10是成分与0Cr18Ni10Ti相同的钢种，冶炼方法与实施例二的相同。
上述两个实施例也可把AOD精炼后的钢水加入到LF精炼炉中按实施例中的步骤四精炼。
Claims (3)
1.一种含钛奥氏体不锈钢的冶炼方法，它是把下述成分(重量％)的钢水：
C≤0.025％ Si 0.30％-0.50％ Mn 0.90％-30％ P≤0.030％
S≤0.005％ Ni 17.10％-17.50％ Cr 9.10％-9.40％ N≤0.015％
其余为Fe及不可避免的杂质，温度≥1620℃；
加入到LF精炼炉中精炼，LF精炼炉精炼的步骤如下：
1)钢水到LF炉后加入石灰、萤石与铝粉调渣；
2)调渣结束后加入FeNb，FeNb收得率按98％计算，加入量是使Nb为钢水的0.10％-0.20％；
3)在出站前25分钟，温度为1540℃时喂硅钙线4米/吨，喂线结束弱搅拌2分钟；
4)加入FeTi，加入量是使Nb为钢水的0.10％-0.15％，保证满足(0.5Nb+Ti)≥6C；加FeTi时，加料处底吹氩流量设定400Nl/min，另一侧底吹设定80Nl/min；加入FeTi搅拌2-3分后底吹设置为弱搅，弱搅时间不小于15分钟；
5)钢水的成分(重量％)达下述值时出站，
C≤0.04％ Si 0.40％-0.70％ Mn 0.80％-1.50％ P≤0.030％
S≤0.005％ Ni 17.02％-17.80％ Cr 9.02％-9.15％ N≤0.015％，
(0.5Nb+Ti)≥6C，其余为Fe及不可避免的杂质，温度≥1520℃，浇注成连铸坯。
2.根据权利要求1所述的含钛奥氏体不锈钢的冶炼方法，其特征是：在步骤2)加FeNb时，加入量是使Nb为钢水0.20％；在步骤4)加入FeTi时，加入量是使Nb为钢水0.10％。
3.根据权利要求1所述的含钛奥氏体不锈钢的冶炼方法，其特征是：在步骤2)加FeNb时，FeNb收得率按98％计算，加入量是使Nb为钢水0.10％；在步骤4)加入FeTi时，加入量是使Nb为钢水0.15％。
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