CN101125360A

CN101125360A - 双相不锈钢的无烧损无氧化熔铸方法

Info

Publication number: CN101125360A
Application number: CNA2007101443897A
Authority: CN
Inventors: 赵成志
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2007-09-29
Filing date: 2007-09-29
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2027-09-29
Also published as: CN100496809C

Abstract

本发明提供的是一种双相不锈钢的无烧损无氧化熔铸方法。它包括材料化学成分的控制及炉料的配制、操作程序及炉内真空的控制以及破真空及破真空后其他后续过程的处理方法等。本发明实现了真空条件下，较大容量单包钢水浇注两个或两个以上的铸件或钢锭，并且铸后，所铸铸件或钢锭的化学元素的烧损率都几乎为零，实现单室单包真空浇注多件次铸件或钢锭。本发明解决了真空熔铸过程中单包钢水浇注多件次铸件或钢锭化学元素烧损和氧化问题，使得所浇注铸件的化学元素的烧损和氧化率尽可能小，同时，免除了破真空后使用脱氧剂所产生的一系列问题。

Description

双相不锈钢的无烧损无氧化熔铸方法

(一)技术领域

本发明涉及的是一种熔铸方法，具体地说是一种双相不锈钢的熔铸技术，特别是含氮双相不锈钢的熔铸技术。

(二)背景技术

双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点，在低应力耐氯化物应力腐蚀、耐孔蚀、耐腐蚀疲劳、耐磨损腐蚀、综合力学性能、焊接性、加工性、物理性能等方面均具有良好的指标和特点，因而得到人们的重视，并且应用于石油、化工、海洋开发等领域。熔炼是制造双相不锈钢铸件或钢锭的必要工序环节，目前，双相不锈钢的熔炼主要是采用真空熔炼和大气熔炼两种方法，大气熔炼容易产生氧化等现象，并且使铸件的化学成分中部分元素烧损。脱氧剂的使用容易导致铸件化学成分中部分元素超标，产生局部偏析，使材料的性能受到影响。为了提高材料的耐腐蚀性能、高温性能和疲劳性能，获得高质量的铸件或钢锭，避免吸气而产生气孔和脆性，必然要采用真空熔炼。目前普通的真空熔炼只适合于单炉单室单件的熔炼和浇注。而实际生产上，往往需要一炉钢水浇注两个或者两个以上的铸件或钢锭，对于这种单炉多件的熔炼和浇注，往往采用破真空方法进行，会产生氧化、夹渣、合金元素的烧损和化学成分的偏析和波动等现象，为了避免这一现象，还可以采用两室或者三室真空炉进行熔炼。而这一设备的价格极高，制约了该设备的应用。因而又回到单室熔炼炉进行熔炼和浇注，必然要涉及到真空熔炼的破真空以及破真空后所产生的一系列问题。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现较大容量单包钢水浇注两个或两个以上的铸件或钢锭，所浇注铸件或钢锭的化学元素的烧损率小，同时能免除使用脱氧剂所产生的一系列问题的双相不锈钢的无烧损无氧化熔铸方法。

本发明的目的是这样实现的：

1、材料化学成份的控制及炉料的配制

根据所选材料的牌号、技术规范及控制标准，确定合金元素的成分含量，以此为依据进行炉料的配制；

2、操作程序及炉内真空的控制

炉内坩埚中炉料按照如下的规程摆放：纯铁料放在底部、外层和顶部，合金元素炉料摆放在炉料中部，含氮双相不锈钢的氮化铬铁放在加料斗中，待炉料化清后加入；炉料摆放完毕后放入铸模或钢锭模，开始抽真空，至1～2Pa，关闭真空泵；然后充入保护气体；充气后炉内压力控制到7×10⁴pa，然后关闭充气阀，开始送电加载，融化后对于含氮的双相不锈钢，从加料斗中加入氮化铬铁，然后继续加热至浇注温度进行第一个铸件或钢锭的浇注；浇注后铸模或钢锭在炉内凝固并且冷却至表面呈暗红色时观察坩埚，当坩埚内的钢水也已经凝固，并且表面呈暗红色时开炉破真空，否则继续冷却；

3、破真空及破真空后其他后续过程的处理方法

破真空后从炉内取出第一件铸件或钢锭，然后放置第二个铸模或钢锭模、封炉、抽真空；抽真空至真空度为1～2Pa时关闭真空泵，充入保护气体；充气至炉内压力为7×10⁴Pa时关闭充气阀，开始送电加载，融化后加热至浇注温度进行第二个铸件或钢锭的浇注；浇注后铸件或钢锭在炉内凝固并且冷却至表面呈暗红色时观察坩埚，当坩埚内的钢水也已经凝固，并且表面呈暗红色时开炉破真空，否则继续冷却；第三个铸件或钢锭的熔铸方法与第二个相同，依此类推直至浇注完毕。

本发明还可以包括：

1、所述的抽真空的真空度控制在0.5～1Pa范围内。该真空度范围适合于耐疲劳腐蚀用钢或者对于氧化夹杂物要求比较严格的钢。

2、所述的保护气体是氩气，对于含氮双相不锈钢，当所用真空炉无加料装置时，可采用氮气作保护气，其他操作规程与氩气保护程序相同。

本发明实现了较大容量单包钢水浇注两个或两个以上的铸件或钢锭，并且铸后，所铸铸件或钢锭的化学元素的烧损率都几乎为零，实现单室单包浇注多件次铸件或钢锭。本发明解决了真空熔铸过程中单包钢水浇注多件次铸件或钢锭烧损问题，使得所浇注铸件的化学元素的烧损率尽可能小，同时，免除使用脱氧剂所产生的一系列问题。

(四)具体实施方式

下面举例对本发明做更详细地描述：

实施例一

采用本发明方法用一炉钢水以真空感应法熔铸三个梅花试棒，所用材料为A890/A890M-99——ASTM中的3A，其化学成分见表1。

表1双相不锈钢3A化学成分范围 (％)

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	N
C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	N	≤0.06	≤1.00	≤1.00	≤0.040	≤0.040	24.0-27.0	4.0-6.0	1.75-2.5	0.15-0.25

梅花试棒型壳采用失蜡法制成，施加焙烧工艺处理后进行保温，待用。炉料的化学成分见表2。根据3A双相不锈钢的技术规范，确定试棒的化学成分，其控制标准见表3。

表2炉料化学成分 (％)

炉料	C	Si	P	S	Cr	Mo	Ni	N
炉料	C	Si	P	S	Cr	Mo	Ni	N	氮化铬铁	0.352	0.32			60.64	6.14
钼铁	0.029	0.10	0.035	0.070		57.49			氮化铬铁	0.352	0.32			60.64	6.14
钼铁	0.029	0.10	0.035	0.070		57.49			微碳铬铁	0.062	1.98			61.61
镍板							99.98		微碳铬铁	0.062	1.98			61.61
镍板							99.98		纯铁	0.0079	0.0035	0.016	0.005

表3试棒化学成分控制表

合金元素	C	Cr	Ni	Mo	N
合金元素	C	Cr	Ni	Mo	N	含量(％)	由计算值确定	25.5	5.0	2.125	0.2

按保险方法计算，每个试棒的重量是10kg，那么所需钢水总量是30kg，则所需炉料总量也是30kg，由表2和表3经过计算确定各种炉料的用量，详见表4。

表4炉料用量清单

炉料名称	氮化铬铁	钼铁	微碳铬铁	镍板	纯铁	总量
炉料名称	氮化铬铁	钼铁	微碳铬铁	镍板	纯铁	总量	用量(kg)	0.978	1.1089	11.455	1.5	14.9581	30

经过计算，最终总的碳含量是0.0004％，符合A890/A890M-99-ASTM中3A标准，可以进行下一道工序。炉内炉料按照如下方式进行摆放：纯铁料放置在底部、四周和顶部，内部放置合金炉料，由于本实验所用感应炉的加料斗发生故障无法使用，故氮化铬铁与其他合金炉料一起放置于内部，并采用氮气保护。将从焙烧炉内取出的处于保温状态的试棒模壳放入炉内浇注位置，然后合炉盖，开始抽真空，至1.5Pa，关闭真空泵。炉内充入氮气至7×10⁴Pa，然后关闭充气阀，开始送电加载。熔化后加热至浇注温度，停止加载并且马上进行浇注，浇注完毕后，试棒铸件在炉内凝固，并且冷却至表面呈暗红色，待坩埚内的钢水也呈暗红色后，可以开炉，破真空。取出铸件后马上将从焙烧炉内取出的处于保温状态的试棒模壳放入炉内浇注位置，合炉盖后开始抽真空，进行第二个试棒的浇注，方法与第一个试棒相同，依此类推，进行第三个试棒的浇注。

浇注后对三个试棒进行了化学成分分析，详见表5，试棒编号与实验顺序号相对应。

表5三试棒化学成分分析结果 (％)

试棒编号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	N
试棒编号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	N	1	0.028	0.45	0.36	0.027	0.007	25.6	5.37	2.40	0.23
2	0.027	0.40	0.34	0.026	0.007	25.39	5.39	2.35	0.25	1	0.028	0.45	0.36	0.027	0.007	25.6	5.37	2.40	0.23
2	0.027	0.40	0.34	0.026	0.007	25.39	5.39	2.35	0.25	3	0.026	0.41	0.33	0.026	0.006	25.37	5.40	2.34	0.25

由表5可见，所熔铸铸件的化学成分符合3A——A890/A890M-99——ASTM的要求。对比表5与表3，可以看出所铸试棒的化学成分基本上与预期配制的化学成分相近，存在小幅度的波动，这与原材料的原始成分分析误差有关，氮元素含量略有上升，与氮气保护有关，由于炉气中氮的分压较大，造成所铸试棒中氮的含量略有上升。对比1号试棒至3号试棒，可以发现，从1号试棒至3号试棒，总的趋势是元素含量略微减少，如果把这个减少看成是烧损，那么这个烧损完全可以近似为零，忽略不计，本发明可以看成是无合金元素烧损熔炼。同时无氧化、夹渣、化学成分的偏析和波动等现象发生。

Claims

1.一种双相不锈钢的无烧损无氧化熔铸方法，其特征是：

(1)材料化学成分的控制及炉料的配制

(2)操作程序及炉内真空的控制

炉内坩埚中炉料按照如下的规程摆放：纯铁料放在底部、外层和顶部，合金元素炉料摆放在炉料中部，含氮双相不锈钢的氮化铬铁炉料放在加料斗中，待炉料化清后加入；炉料摆放完毕后，将铸模或钢锭模放入至浇注位置，开始抽真空，至1～2Pa，关闭真空泵；然后充入保护气体；充气后炉内压力控制到7×10⁴Pa，然后关闭充气阀，开始送电加载，融化后对于含氮的双相不锈钢，从加料斗中加入氮化铬铁，然后继续加热至浇注温度进行第一个铸件或钢锭的浇注；浇注后铸模或钢锭在炉内凝固并且冷却至表面呈暗红色时观察坩埚，当坩埚内的钢水也已经凝固，并且表面呈暗红色时开炉破真空，否则继续冷却；

(3)破真空及破真空后其他后续过程的处理方法

破真空后从炉内取出第一件铸件或钢锭，然后放置第二个铸模或钢锭模、封炉、抽真空；抽真空至真空度为1～2Pa时关闭真空泵，充入保护气体；充气至炉内压力为7×10⁴Pa时关闭充气阀，开始送电加载，融化后加热至浇注温度进行第二个铸件或钢锭的浇注；浇注后铸件或钢锭在炉内凝固并且冷却至表面呈暗红色时观察坩埚，当坩埚内的钢水也已经凝固，并且表面呈暗红色时开炉破真空，否则继续冷却；第三个铸件或钢锭的熔铸方法与第二个相同，依此类推直至浇注完毕；

2.根据权利要求1所述的双相不锈钢的无烧损无氧化熔铸方法，其特征是：所述的真空度的控制应在0.5～1Pa范围内。

3.根据权利要求1或2所述的双相不锈钢的无烧损无氧化熔铸方法，其特征是：所述的保护气体是氩气或氮气。