CN103469105A - 一种含硼不锈钢及其硼合金化冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含硼不锈钢及其冶炼方法，含硼不锈钢，按照质量百分比计的化学成分为，C：0.040～0.050％，Si：0.35～0.45％，Mn：1.15～1.25％，P≤0.036％，S≤0.003％，Cr：18.10～18.20％，Ni：8.00～8.10％，B：0.0013～0.0017％，其它为Fe和残留元素。所述含硼不锈钢的硼合金化冶炼方法，包括AOD精炼、出钢至钢包、加入硼砂、LF精炼和连铸。该冶炼方法，添加的硼砂为含有酸性氧化物B₂O₃的造渣剂，硼砂来源广泛，价格便宜；生产工艺简易，硼砂除了可以作为钢渣的改质剂，还完成硼的合金化，保证稳定获得适量的酸溶硼。在含硼不锈钢的冶炼中可以保证稳定地获得适量的酸溶硼，能显著降低炉渣的熔点和粘度。入AOD铁水中硼含量相同的情况下，各炉次之间成品硼含量相差小于0.0003%。

Description

一种含硼不锈钢及其硼合金化冶炼方法

技术领域

本发明属于不锈钢冶炼技术领域，尤其涉及一种含硼不锈钢及其硼合金化冶炼方法。

背景技术

硼是表面活性元素，在钢中的溶解度很小，有关硼在对不锈钢性能的影响目前也有一些研究结果。主要有以下几个方面：奥氏体不锈钢中加入微量硼可改善耐晶间腐蚀性能，18Cr-8Ni不锈钢中硼含量达到0.006％便有明显效果；微量硼加入还可提高奥氏体不锈钢的热塑性，改善热加工性，并可抑制含铅易切削不锈钢中铅对热加工性的恶化作用；此外硼是提高奥氏体不锈钢热中子吸收截面的重要元素等。北京科技大学的王晓峰探索了B含量对00Cr₂₅Ni₇Mo₄N双相不锈钢热加工性能的影响。他的研究结果表明，钢中加入过量的B（0.0074%）使得钢的断面收缩率明显下降，高温热塑性急剧降低，钢的热加工性能降低；钢中加入适量的B（0.0040%）将改善钢在1100～1250℃时的高温热塑性，提高钢的热加工性能。因此，在生产奥氏体不锈钢和双相不锈钢的过程中，加入0.0010%～0.0035%的B对钢的性能是有益的。

不锈钢中的硼含量极少，在含硼不锈钢的冶炼中如何保证稳定地获得适量的酸溶硼是非常重要的。传统冶炼不锈钢硼合金化的工艺为在LF精炼炉中加入硼铁或者硼线，确保钢水中硼的含量。现有硼合金化冶炼含硼不锈钢的工艺，不足在于硼铁和硼线成本较高，同时硼铁线在LF炉加入的过程中操作复杂，容易断线，因此，有必要开发一种简易的、原材料来源广泛、生产成本低的硼合金化冶炼含硼不锈钢的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含硼不锈钢。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种含硼不锈钢，按照质量百分比计，化学成分为，C：0.040～0.050％，Si：0.35～0.45％，Mn：1.15～1.25％，P≤0.036％，S≤0.003％，Cr：18.10～18.20％，Ni：8.00～8.10％，B：0.0013～0.0017％，其它为Fe和残留元素。

按照质量百分比计，所述含硼不锈钢的化学成分为，C：0.040％，Si：0.405％，Mn：1.183％，P：0.036％，S：0.0021％，Cr：18.13％，Ni：8.05％，B：0.0015％，其它为Fe和残留元素。

本发明的另一个目的在于提供工艺简单、易于操作和控制、生产成本低的一种含硼不锈钢的硼合金化冶炼方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

所述含硼不锈钢的硼合金化冶炼方法，包括以下步骤：

步骤一：AOD精炼：在1470～1600℃，按照质量百分比计，将化学成分为:C：1.10～1.50％，Si：0.25～0.40％，Mn：0.20～0.30％，P≤0.035％，S≤0.20％，Cr：4.50～5.50％，Ni：9.20～10.00％，B：0.0004～0.0007％，其它为Fe和残留元素的铁水注入到AOD炉中，进行脱碳、还原、脱硫反应, 脱硫炉渣碱度为2.0～2.3；

步骤二：出钢至钢包：将钢水在1600℃～1640℃从AOD炉倒入烘烤好的钢包内，钢包烘烤至700～900℃；

步骤三：加入硼砂：将钢包运至扒渣站，进行扒渣处理；渣厚为150～250mm；由于含硼不锈钢的目标硼含量为13～17ppm，在渣面上一次性加入0.254kg～0.286kg/t钢水的硼砂；

步骤四：LF精炼：将扒渣后的钢包运到LF炉进行精炼，进站温度为1520℃～1560℃；进站后进行吹氩操作，氩气流量控制在300～500NL/min；加入CaO和CaF₂造渣，炉渣二元碱度范围为2.3～2.5；通电化渣，将钢水加热到1560～1570℃，硼砂全部以液态进入渣中；在氩气搅拌的作用下，硼通过扩散从炉渣中进入到钢液，以酸溶硼的形式存在；吹氩搅拌使钢液温度为1510～1530℃，调整氩气流量，弱吹10～20分钟，底吹氩气流量为100～200NL/min；

步骤五：连铸：将钢液运至连铸平台进行浇铸，得到满足化学成分要求的所述含硼不锈钢产品。

采用本发明提供的含硼不锈钢及其冶炼方法，添加的硼砂为含有酸性氧化物B₂O₃的造渣剂，硼砂来源广泛，资源丰富，价格便宜；生产工艺简易，硼砂除了可以作为钢渣的改质剂，还完成硼的合金化，保证稳定获得适量的酸溶硼。而且，在含硼不锈钢的冶炼中可以保证稳定地获得适量的酸溶硼，能显著降低炉渣的熔点和粘度。硼具有较高的稳定性，入AOD铁水中硼含量相同的情况下，各炉次之间成品硼含量相差小于0.0003%。

附图说明

图1为本发明方法采用的工艺流程图。

图2为本发明实施例1生产的钢种304奥氏体不锈钢铸坯的金相组织照片。

图3为与实施例1相同条件采用硼线生产的钢种304奥氏体不锈钢铸坯的金相组织照片。

图4为采用本发明方法生产的钢种304奥氏体不锈钢成品硼含量的统计图。

图5为本发明实施例2生产的钢种304奥氏体不锈钢铸坯的金相组织照片。

图6为与实施例2相同条件采用硼线生产的钢种304奥氏体不锈钢铸坯的金相组织照片。

图7为本发明实施例3生产的钢种304奥氏体不锈钢铸坯的金相组织照片。

图8为与实施例3相同条件采用硼线生产的钢种304奥氏体不锈钢铸坯的金相组织照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

钢种304奥氏体含硼不锈钢，按照质量百分比计，其化学成分为，C：0.040％，Si：0.405％，Mn：1.183％，P：0.036％，S：0.0021％，Cr：18.13％，Ni：8.05％，B：0.0015％，其它为Fe和残留元素。

如图1所示，为本发明方法采用的工艺流程图，含硼不锈钢的硼合金化冶炼方法，包括以下步骤：

1. AOD精炼：

在1535℃，按照质量百分比计，将化学成分为:1.10％C、0.289％Si、0.20％Mn、0.035％P、0.1712％S、4.879％Cr、9.534％Ni、0.0005％B，其它为Fe和残留元素的铁水86.6吨，注入到AOD炉中，采用常规方法进行吹炼，它包括下述步骤：

（1）脱碳，脱到碳含量小于0.025％；

（2）还原：使用硅铁合金还原炉渣中被氧化的Cr₂O₃，该阶段结束后最大程度倒渣；

（3）脱硫：炉渣碱度控制在2.1，脱到硫含量小于0.005％。AOD冶炼过程中共加入21619kg高碳铬铁、1276kg硅铁、1898kg低碳硅锰、517kg低碳废钢和700kg镍板，出钢量为111.8吨。

2.出钢至钢包：

将温度为1630℃的111.8吨钢水，全部从AOD炉倒入烘烤好的钢包内。钢包烘烤至800℃。

3.加入硼砂：

将钢包运至扒渣站，进行扒渣操作，测渣厚度为200mm时，在渣面上一次性加入0.268kg/t钢水的硼砂30kg。0.268×111.8=30kg

硼砂(Na₂B₄0₇·10H₂0)作为钢液硼合金化原料，在化学组成上是含有10个水分子的四硼酸钠，320℃失去全部结晶水，比重1.73，熔体中含有酸性氧化物B₂O₃。添加的硼砂为含有酸性氧化物B₂O₃的造渣剂，能显著降低炉渣的熔点和粘度，有利于夹杂物的上浮。此外，跟添加硼铁线相比，硼砂的添加操作简单，不需要辅助的设备。

4.LF精炼：

将扒渣后的钢包运到LF炉进行精炼，进站温度为1530℃。进站后进行吹氩操作，氩气流量控制在400NL/min。加入3.855kg/t钢水的CaO和3.05kg/t钢水的CaF₂造渣，炉渣二元碱度控制范围为2.3。

通电化渣，将钢水加热到1565℃，在这个温度下，漂浮在炉渣上的硼砂全部以液态进入渣中。在氩气搅拌的作用下，硼通过扩散从炉渣中进入到钢液，以酸溶硼的形式存在。

取样分析钢水中合金元素的含量，根据化验结果，通过加入硅铁、硅锰合金、铬铁及金属镍来调整钢水中Si、Mn、Cr、Ni成分。吹氩搅拌使钢液的温度到1520℃，调整氩气流量，弱吹15分钟，底吹氩气量控制在150NL/min，取钢水样进行分析，得到化学成分符合要求的钢液。

5.连铸：

将钢液运至连铸平台进行浇铸，得到满足化学成分要求的钢种304奥氏体含硼不锈钢。

采用直读光谱检测方法，按照质量百分比计，检测到样品的化学成分为：C：0.040％，Si：0.405％，Mn：1.183％，P：0.036％，S：0.0021％，Cr：18.13％，Ni：8.05％，B：0.0015％，其它为Fe和残留元素。

从检测数据可以看出，产品中硼元素符合目标硼含量要求，说明采用硼砂能达到采用硼铁或硼线所生产出的产品中硼元素水平。

图2为本发明实施例1生产的钢种304奥氏体不锈钢铸坯的金相组织照片。

图3为与实施例1相同条件采用硼线生产的钢种304奥氏体不锈钢铸坯的金相组织照片。

比较图2与图3，可以看出：用硼砂和硼线生产的不锈钢铸坯金相组织中，都不存在裂纹。

AOD入炉B含量为0.0006%的情况下，统计100炉采用本专利方法生产的钢种304奥氏体不锈钢成品硼含量，如图4所示。可以看出，成品硼含量都在0.0014%～0.00016%之间，硼具有较高的稳定性，各炉次之间成品硼含量相差小于0.0003%。

实施例2

钢种304奥氏体含硼不锈钢，按照质量百分比计，其化学成分为，C：0.045％，Si：0.35％，Mn：1.15％，P：0.034％，S：0.0012％，Cr：18.10％，Ni：8.0％，B：0.0017％，其它为Fe和残留元素。

该含硼不锈钢的硼合金化冶炼方法，包括以下步骤：

1. AOD精炼：

在1470℃，按照质量百分比计，将化学成分为: 1.258％C、0.25％Si、0.211％Mn、0.0317％P、0.20％S、5.5％Cr、10.0％Ni、0.0007％B，其它为Fe和残留元素的铁水83.0吨，注入到AOD炉中，采用常规方法进行吹炼，它包括下述步骤：

（1）脱碳，脱到碳含量小于0.025％；

（2）还原：使用硅铁合金还原炉渣中被氧化的Cr₂O₃，该阶段结束后最大程度倒渣；

（3）脱硫：炉渣碱度控制在2.3，脱到硫含量小于0.005％。AOD冶炼过程中共加入27294kg高碳铬铁、1200kg硅铁、1965kg低碳硅锰，出钢量为105.0吨。

2.出钢至钢包：

将温度为1600℃的105.0吨钢水，全部从AOD炉倒入烘烤好的钢包内。钢包烘烤至700℃。

3.加入硼砂：

将钢包运至扒渣站，进行扒渣操作，测渣厚度为150 mm时，在渣面上一次性加入0.286kg/t钢水的30kg硼砂。0.286×105.0=30kg

硼砂(Na₂B₄0₇·10H₂0)作为钢液硼合金化原料，在化学组成上是含有10个水分子的四硼酸钠，320℃失去全部结晶水，比重1.73，熔体中含有酸性氧化物B₂O₃。添加的硼砂为含有酸性氧化物B₂O₃的造渣剂，能显著降低炉渣的熔点和粘度，有利于夹杂物的上浮。此外，跟添加硼铁线相比，硼砂的添加操作简单，不需要辅助的设备。

4.LF精炼：

将扒渣后的钢包运到LF炉进行精炼，进站温度为1520℃。进站后进行吹氩操作，氩气流量控制在300NL/min。加入3.855kg/吨钢水的CaO和3.05kg/吨钢水的CaF₂造渣,炉渣二元碱度控制范围为2.5。

通电化渣，将钢水加热到1560℃，在这个温度下，漂浮在炉渣上的硼砂全部以液态进入渣中。在氩气搅拌的作用下，硼通过扩散从炉渣中进入到钢液，以酸溶硼的形式存在。

取样分析钢水中合金元素的含量，根据化验结果，通过加入硅铁、硅锰合金、铬铁及金属镍来调整钢水中Si、Mn、Cr、Ni成分。吹氩搅拌使钢液的温度为1510℃，调整氩气流量弱吹10分钟，底吹氩气量控制在100NL/min，取钢水样进行分析，得到化学成分符合要求的钢液。

5.连铸：

将钢液运至连铸平台进行浇铸，得到满足化学成分要求的钢种304奥氏体含硼不锈钢。

采用直读光谱检测方法，按照质量百分比计，检测到样品的化学成分为：C：0.045％，Si：0.35％，Mn：1.15％，P：0.034％，S：0.0012％，Cr：18.10％，Ni：8.0％，B：0.0017％，其它为Fe和残留元素。

从检测数据可以看出，产品中硼元素符合目标硼含量要求，说明采用硼砂能达到采用硼铁或硼线所生产出的产品中硼元素水平。

图5为本发明实施例2生产的钢种304奥氏体不锈钢铸坯的金相组织照片。

图6为与实施例2相同条件采用硼线生产的钢种304奥氏体不锈钢铸坯的金相组织照片。

比较图5与图6，可以看出：用硼砂和硼线生产的不锈钢铸坯金相组织中，都不存在裂纹。

实施例3

钢种304奥氏体含硼不锈钢，按照质量百分比计，其化学成分为，C：0.050％，Si：0.45％，Mn：1.25％，P：0.034％，S：0.0030％，Cr：18.20％，Ni：8.10％，B：0.0013％，其它为Fe和残留元素。

该含硼不锈钢的硼合金化冶炼方法，包括以下步骤：

1. AOD精炼：

在1600℃，按照质量百分比计，将化学成分为: 1.50％C、0.40％Si、0.30％Mn、0.034％P、0.1012％S、4.5％Cr、9.20％Ni、0.0004％B，其它为Fe和残留元素的铁水90.2吨，注入到AOD炉中，采用常规方法进行吹炼，它包括下述步骤：

（1）脱碳，脱到碳含量小于0.025％；

（2）还原：使用硅铁合金还原炉渣中被氧化的Cr₂O₃，该阶段结束后最大程度倒渣；

（3）脱硫：炉渣碱度控制在2.0，脱到硫含量小于0.005％。AOD冶炼过程中共加入26594kg高碳铬铁、1378kg硅铁、1804kg低碳硅锰和1000kg镍板，出钢量为118.0吨。

2.出钢至钢包：

将温度为1640℃的118.0吨钢水，全部从AOD炉倒入烘烤好的钢包内。钢包烘烤至900℃。

3.加入硼砂：

将钢包运至扒渣站，进行扒渣操作，测渣厚度为250mm时，在渣面上一次性加入0.254kg/t钢水的30kg硼砂。0.254×118.0=30kg

硼砂(Na₂B₄0₇·10H₂0)作为钢液硼合金化原料，在化学组成上是含有10个水分子的四硼酸钠，320℃失去全部结晶水，比重1.73，熔体中含有酸性氧化物B₂O₃。添加的硼砂为含有酸性氧化物B₂O₃的造渣剂，能显著降低炉渣的熔点和粘度，有利于夹杂物的上浮。此外，跟添加硼铁线相比，硼砂的添加操作简单，不需要辅助的设备。

4.LF精炼：

将扒渣后的钢包运到LF炉进行精炼，进站温度为1560℃。进站后进行吹氩操作，氩气流量控制在500NL/min。加入3.855kg/吨钢水的CaO和3.05kg/吨钢水的CaF₂造渣,炉渣二元碱度控制范围为2.4。

通电化渣，将钢水加热到1570℃，在这个温度下，漂浮在炉渣上的硼砂全部以液态进入渣中。在氩气搅拌的作用下，硼通过扩散从炉渣中进入到钢液，以酸溶硼的形式存在。

取样分析钢水中合金元素的含量，根据化验结果，通过加入硅铁、硅锰合金、铬铁及金属镍来调整钢水中Si、Mn、Cr、Ni成分。吹氩搅拌使钢液的温度到1530℃，调整氩气流量弱吹20分钟，底吹氩气量控制在200NL/min，取钢水样进行分析，得到化学成分符合要求的钢液。

5.连铸：

将钢液运至连铸平台进行浇铸，得到满足化学成分要求的钢种304奥氏体含硼不锈钢。

采用直读光谱检测方法，按照质量百分比计，检测到样品的化学成分为：C：0.050％，Si：0.45％，Mn：1.25％，P：0.034％，S：0.0030％，Cr：18.20％，Ni：8.10％，B：0.0013％，其它为Fe和残留元素。

从检测数据可以看出，产品中硼元素符合目标硼含量要求，说明采用硼砂能达到采用硼铁或硼线所生产出的产品中硼元素水平。

图7为本发明实施例3生产的钢种304奥氏体不锈钢铸坯的金相组织照片。

图8为与实施例3相同条件采用硼线生产的钢种304奥氏体不锈钢铸坯的金相组织照片。

比较图7与图8，可以看出：用硼砂和硼线生产的不锈钢铸坯金相组织中，都不存在裂纹。

Claims (3)

1. 一种含硼不锈钢，其特征在于，按照质量百分比计，化学成分为，C：0.040～0.050％，Si：0.35～0.45％，Mn：1.15～1.25％，P≤0.036％，S≤0.003％，Cr：18.10～18.20％，Ni：8.00～8.10％，B：0.0013～0.0017％，其它为Fe和残留元素。

2.根据权利要求1所述含硼不锈钢，其特征在于，按照质量百分比计，所述含硼不锈钢的化学成分为，C：0.040％，Si：0.405％，Mn：1.183％，P：0.036％，S：0.0021％，Cr：18.13％，Ni：8.05％，B：0.0015％，其它为Fe和残留元素。

3.根据权利要求1或2所述含硼不锈钢的硼合金化冶炼方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：AOD精炼：在1470～1600℃，按照质量百分比计，将化学成分为: C：1.10～1.50％，Si：0.25～0.40％，Mn：0.20～0.30％，P≤0.035％，S≤0.20％，Cr：4.50～5.50％，Ni：9.20～10.00％，B：0.0004～0.0007％，其它为Fe和残留元素的铁水注入到AOD炉中，进行脱碳、还原、脱硫反应, 脱硫炉渣碱度为 2.0～2.3；

步骤二：出钢至钢包：将钢水在1600℃～1640℃从AOD炉倒入烘烤好的钢包内，钢包烘烤至700～900℃；

步骤三：加入硼砂：将钢包运至扒渣站，进行扒渣处理；渣厚为150～250mm；由于含硼不锈钢的目标硼含量为13～17ppm，在渣面上一次性加入0.254kg～0.286 kg /t钢水的硼砂；

步骤四：LF精炼：将扒渣后的钢包运到LF炉进行精炼，进站温度为1520℃～1560℃；进站后进行吹氩操作，氩气流量控制在300～500NL/min；加入CaO和CaF₂造渣，炉渣二元碱度范围为2.3～2.5；通电化渣，将钢水加热到1560～1570℃，硼砂全部以液态进入渣中；在氩气搅拌的作用下，硼通过扩散从炉渣中进入到钢液，以酸溶硼的形式存在；吹氩搅拌使钢液温度为1510～1530℃，调整氩气流量，弱吹10～20分钟，底吹氩气流量为100～200 NL/min；

步骤五：连铸：将钢液运至连铸平台进行浇铸，得到满足化学成分要求的所述含硼不锈钢产品。

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