CN104561442A - 一种核电用奥氏体不锈钢的制备方法 - Google Patents

一种核电用奥氏体不锈钢的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种347核电用奥氏体不锈钢的制备方法，其包括以下步骤：(一)EAF电弧炉粗炼；(二)AOD冶炼；(三)浇注；(四)热加工锻造；(五)热处理。本发明的制备方法工艺步骤简单，易操作，适合工业化生产，通过对不锈钢化学成分的严格控制以及对冶炼、锻造、热处理工艺的优化设计，可进一步提高347不锈钢的综合性能，使得到的347核电用奥氏体不锈钢具有优良的抗晶间腐蚀和力学性能，同时在酸碱盐液中有良好的耐腐蚀性，并在800℃以下对空气有良好的抗氧化性和可焊接性能。

Description

一种核电用奥氏体不锈钢的制备方法
技术领域
本发明涉及技术冶炼技术领域，尤其是涉及一种347核电用奥氏体不锈钢的制备方法。
背景技术
奥氏体不锈钢由于具有良好的耐蚀性和力学性能，已经广泛用于核裂变反应堆高温环境部件的制备，如堆内构件、硼注箱、核乏料储运装置和核燃料水池等。
347奥氏体不锈钢，其是一种含铌Cr-Ni奥氏体不锈钢，由于含稳定化元素Nb，其耐晶间腐蚀和耐硫酸晶间应力腐蚀性能良好，此外其还具有较高的高温强度和良好的抗高温氧化性能，所以常作为主载热剂管道广泛应用于核电工业中的动力装置中。
但是，随着核电工业的快速发展，目前的347奥氏体不锈钢的综合性能已经无法满足实际的生产应用需求，因此急需进一步提高347奥氏体不锈钢的综合性能以适应核电工业的高速发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种47核电用奥氏体不锈钢的制备方法，该制备方法工艺步骤简单，易操作，适合工业化生产，通过对不锈钢化学成分的严格控制以及对冶炼、锻造、热处理工艺的优化设计，可进一步提高347不锈钢的综合性能，使得到的347核电用奥氏体不锈钢具有优良的抗晶间腐蚀和力学性能，同时在酸碱盐液中有良好的耐腐蚀性，并在800℃以下对空气有良好的抗氧化性和可焊接性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种347核电用奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
(一)EAF电弧炉粗炼
选用返回料或P≤0.020％优质废钢作为原材料加入EAF电弧炉进行熔炼，原材料中配C的含C量≥0.7％，成分初控Cr≥17％，在氧化期脱P时，控制熔 池温度1510～1530℃，氧气压力0.4～0.5Mpa，控制钢中Cr≤1.5％，脱P≤0.012％，脱C≥0.5％；氧化期流渣后，控制熔池温度1630～1660℃，取样分析，当P≤0.012％，调整钢水成分后，升温至1680～1700℃兑钢，兑钢时，主副枪全部吹N2，主枪压力6～7kg/cm2，副枪压力6～7kg/cm2。
(二)AOD冶炼
(1)I期吹炼：O2∶N2＝4～5∶1，氧气流量1850～1900m3/h，控制成分Cr：17.2～17.5％，Ni：9.1～9.2％，温度控制在1650±10℃，终点C控制在0.2～0.25％。
(2)II期吹炼：O2∶N2＝1～2∶1，其中氧气流量控制在1850～1900m3/h，加CaO，温度控制在1690±10℃，碳控制在0.03～0.05％时，吹氧1～2min后纯吹Ar 3～5min。
(3)预还原：加入Si-Fe粉还原，取样分析，取样分析的Si≥0.3％时，控制温度在1700～1715℃，纯吹Ar 4～5min，Ar流量400～600m3/h。
(4)还原：扒渣全部，加入铝锭还原，同时加CaO、CaF2和铌铁，调整Cr、Ni、Mn、Nb的含量达到成品中下限时，控制温度在1600±10℃，纯吹Ar至少3min后加入稀土，Ar流量400～600m3/h。
(5)出钢：将钢包调整好，对准钢包全流出钢，出钢时在钢流中加入CaSi块、硼铁。
(三)浇注
钢包烘烤温度≥800℃，镇静4～6min后开始浇注，钢锭模模温＞70℃，平板二块浇完，浇注时采用Ar保护。
(四)热加工锻造
总锻造比≥4，每火次变形量≥30％，头部切除量为15～16％，尾部切除量为5～6％，锻造温度范围1150～860℃，锻造后按退化工艺680～750℃×2.5分钟/毫米，空冷。
(五)热处理
淬火温度1030～1150℃，保温时间1.0～1.4分钟/毫米，油冷≤75℃后，空冷；回火温度630～680℃，保温时间2.3～2.7分钟/毫米，空冷。
作为优选，步骤(2)中，CaO的加入量为28～30kg/吨钢。
作为优选，步骤(3)中，Si-Fe粉的加入量为10～12kg/吨钢。
作为优选，步骤(4)中，铝锭的加入量为1～1.2kg/吨钢，CaO的加入量为28～30kg/吨钢，CaF2的加入量为7～8kg/吨钢，铌铁加入量为12～13kg/吨钢。
作为优选，铌铁在加入前至少烘烤4h。
作为优选，步骤(5)中，CaSi块的加入量为0.75～0.9kg/吨钢，硼铁的加入量为0.1～0.12kg/吨钢。
因此，本发明的有益效果是：本发明的制备方法工艺步骤简单，易操作，适合工业化生产，通过对不锈钢化学成分的严格控制以及对冶炼、锻造、热处理工艺的优化设计，可进一步提高347不锈钢的综合性能，使得到的347核电用奥氏体不锈钢具有优良的抗晶间腐蚀和力学性能，同时在酸碱盐液中有良好的耐腐蚀性，并在800℃以下对空气有良好的抗氧化性和可焊接性能。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步的描述。
在本发明中，若非特指，所有百分比均为重量单位，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
一种347核电用奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
(一)EAF电弧炉粗炼
选用P≤0.02％优质废钢作为原材料加入EAF电弧炉进行熔炼，原材料中配C的含C量≥0.7％，成分初控Cr≥17％，在氧化期脱P时，控制熔池温度1510～1530℃，氧气压力0.4～0.5Mpa，控制钢中Cr≤1.5％，脱P≤0.012％，脱C≥0.5％；氧化期流渣后，控制熔池温度1630～1660℃，取样分析，当P≤0.012％，调整钢水成分后，升温至1680℃兑钢，兑钢时，主副枪全部吹N2，主枪压力6kg/cm2，副枪压力6kg/cm2。
(二)AOD冶炼
(1)I期吹炼：O2∶N2＝4∶1，氧气流量1850m3/h，控制成分Cr：17.2～17.5％， Ni：9.1～9.2％，温度控制在1650±10℃，终点C控制在0.2～0.25％。
(2)II期吹炼：O2∶N2＝1∶1，其中氧气流量控制在1850m3/h，加CaO，CaO的加入量为28kg/吨钢，温度控制在1690±10℃，碳控制在0.03～0.05％时，吹氧1min后纯吹Ar 3min。
(3)预还原：加入Si-Fe粉还原，Si-Fe粉的加入量为10kg/吨钢，取样分析，取样分析的Si≥0.3％时，控制温度在1700～1715℃，纯吹Ar 4min，Ar流量400m3/h。
(4)还原：扒渣全部，加入铝锭还原，铝锭的加入量为1kg/吨钢，同时加CaO、CaF2和铌铁，铌铁在加入前至少烘烤4h，CaO的加入量为28kg/吨钢，CaF2的加入量为7kg/吨钢，铌铁加入量为12kg/吨钢，调整Cr、Ni、Mn、Nb的含量达到成品中下限时，控制温度在1600±10℃，纯吹Ar至少3min后加入稀土，Ar流量400m3/h。
(5)出钢：将钢包调整好，对准钢包全流出钢，出钢时在钢流中加入CaSi块、硼铁，CaSi块的加入量为0.75kg/吨钢，硼铁的加入量为0.1kg/吨钢。
(三)浇注
钢包烘烤温度≥800℃，镇静4min后开始浇注，钢锭模模温＞70℃，平板二块浇完，浇注时采用Ar保护。
(四)热加工锻造
总锻造比≥4，每火次变形量≥30％，头部切除量为15％，尾部切除量为5％，锻造温度范围1150～860℃，锻造后按退化工艺680℃×2.5分钟/毫米，空冷。
(五)热处理
淬火温度1030～1150℃，保温时间1.0分钟/毫米，油冷≤75℃后，空冷；回火温度630～680℃，保温时间2.3分钟/毫米，空冷。
将本实施例得到的347核电用奥氏体不锈钢与规范要求的常规347不锈钢(参照标准：ASTMA276，牌号：347)分别进行化学成分和力学性能比较，得到的结果分别如表1、表2所示。
而下述实施例2、实施例3中得到的347核电用奥氏体不锈钢与规范要求的 常规347不锈钢(参照标准：ASTMA276，牌号：347)分别进行化学成分和力学性能比较，得到的结果分别与表1、表2所示的结果类似，故不一一赘述。
实施例2
一种347核电用奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
(一)EAF电弧炉粗炼
选用返回料作为原材料加入EAF电弧炉进行熔炼，原材料中配C的含C量≥0.7％，成分初控Cr≥17％，在氧化期脱P时，控制熔池温度1510～1530℃，氧气压力0.4～0.5Mpa，控制钢中Cr≤1.5％，脱P≤0.012％，脱C≥0.5％；氧化期流渣后，控制熔池温度1630～1660℃，取样分析，当P≤0.012％，调整钢水成分后，升温至1690℃兑钢，兑钢时，主副枪全部吹N2，主枪压力6.5kg/cm2，副枪压力6.5kg/cm2。
(二)AOD冶炼
(1)I期吹炼：O2∶N2＝4.5∶1，氧气流量1890m3/h，控制成分Cr：17.2～17.5％，Ni：9.1～9.2％，温度控制在1650±10℃，终点C控制在0.2～0.25％。
(2)II期吹炼：O2∶N2＝1.2∶1，其中氧气流量控制在1890m3/h，加CaO，CaO的加入量为29kg/吨钢，温度控制在1690±10℃，碳控制在0.03～0.05％时，吹氧1.2min后纯吹Ar3.5min。
(3)预还原：加入Si-Fe粉还原，Si-Fe粉的加入量为11kg/吨钢，取样分析，取样分析的Si≥0.3％时，控制温度在1700～1715℃，纯吹Ar 4.5min，Ar流量450m3/h.
(4)还原：扒渣全部，加入铝锭还原，铝锭的加入量为1.1kg/吨钢，同时加CaO、CaF2和铌铁，铌铁在加入前至少烘烤4h，CaO的加入量为29kg/吨钢，CaF2的加入量为7.8kg/吨钢，铌铁加入量为12.5kg/吨钢，调整Cr、Ni、Mn、Nb的含量达到成品中下限时，控制温度在1600±10℃，纯吹Ar至少3min后加入稀土，Ar流量450m3/h。
(5)出钢：将钢包调整好，对准钢包全流出钢，出钢时在钢流中加入CaSi块、硼铁，CaSi块的加入量为0.8kg/吨钢，硼铁的加入量为0.11kg/吨钢。
(三)浇注
钢包烘烤温度≥800℃，镇静5min后开始浇注，钢锭模模温＞70℃，平板二块浇完，浇注时采用Ar保护；
(四)热加工锻造
总锻造比≥4，每火次变形量≥30％，头部切除量为15.5％，尾部切除量为5.5％，锻造温度范围1150～860℃，锻造后按退化工艺690℃×2.5分钟/毫米，空冷。
(五)热处理
淬火温度1030～1150℃，保温时间1.2分钟/毫米，油冷≤75℃后，空冷；回火温度630～680℃，保温时间2.5分钟/毫米，空冷。
实施例3
一种347核电用奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
(一)EAF电弧炉粗炼
选用P≤0.02％优质废钢作为原材料加入EAF电弧炉进行熔炼，原材料中配C的含C量≥0.7％，成分初控Cr≥17％，在氧化期脱P时，控制熔池温度1510～1530℃，氧气压力0.4～0.5Mpa，控制钢中Cr≤1.5％，脱P≤0.012％，脱C≥0.5％；氧化期流渣后，控制熔池温度1630～1660℃，取样分析，当P≤0.012％，调整钢水成分后，升温至1700℃兑钢，兑钢时，主副枪全部吹N2，主枪压力7kg/cm2，副枪压力7kg/cm2。
(二)AOD冶炼
(1)I期吹炼：O2∶N2＝5∶1，氧气流量1900m3/h，控制成分Cr：17.2～17.5％，Ni：9.1～9.2％，温度控制在1650±10℃，终点C控制在0.2～0.25％。
(2)II期吹炼：O2∶N2＝2∶1，其中氧气流量控制在1900m3/h，加CaO，CaO的加入量为30kg/吨钢，温度控制在1690±10℃，碳控制在0.03～0.05％时，吹氧2min后纯吹Ar5min；
(3)预还原：加入Si-Fe粉还原，Si-Fe粉的加入量为12kg/吨钢，取样分析，取样分析的Si≥0.3％时，控制温度在1700～1715℃，纯吹Ar5min，Ar流量600m3/h；
(4)还原：扒渣全部，加入铝锭还原，铝锭的加入量为1.2kg/吨钢，同时 加CaO、CaF2和铌铁，铌铁在加入前至少烘烤4h，CaO的加入量为30kg/吨钢，CaF2的加入量为8kg/吨钢，铌铁加入量为13kg/吨钢，调整Cr、Ni、Mn、Nb的含量达到成品中下限时，控制温度在1600±10℃，纯吹Ar至少3min后加入稀土，Ar流量600m3/h；
(5)出钢：将钢包调整好，对准钢包全流出钢，出钢时在钢流中加入CaSi块、硼铁，CaSi块的加入量为0.9kg/吨钢，硼铁的加入量为0.12kg/吨钢。
(三)浇注
钢包烘烤温度≥800℃，镇静6min后开始浇注，钢锭模模温＞70℃，平板二块浇完，浇注时采用Ar保护；
(四)热加工锻造
总锻造比≥4，每火次变形量≥30％，头部切除量为16％，尾部切除量为6％，锻造温度范围1150～860℃，锻造后按退化工艺750℃×2.5分钟/毫米，空冷。
(五)热处理
淬火温度1030～1150℃，保温时间1.4分钟/毫米，油冷≤75℃后，空冷；回火温度630～680℃，保温时间2.7分钟/毫米，空冷。
表1 实施例1的347核电用奥氏体不锈钢与常规347不锈钢化学成分的比较结果
表2 实施例1的347核电用奥氏体不锈钢与常规347不锈钢力学性能的比较结果
从表1、表2可以看出，本发明的347核电用奥氏体不锈钢物件符合核电验收标准，进一步提高了347不锈钢的综合性能，应用范围更为广泛。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (6)

1.一种347核电用奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)EAF电弧炉粗炼
选用返回料或P≤0.020％优质废钢作为原材料加入EAF电弧炉进行熔炼，原材料中配C的含C量≥0.7％，成分初控Cr≥17％，在氧化期脱P时，控制熔池温度1510～1530℃，氧气压力0.4～0.5Mpa，控制钢中Cr≤1.5％，脱P≤0.012％，脱C≥0.5％；氧化期流渣后，控制熔池温度1630～1660℃，取样分析，当P≤0.012％，调整钢水成分后，升温至1680～1700℃兑钢，兑钢时，主副枪全部吹N2，主枪压力6～7kg/cm2，副枪压力6～7kg/cm2；
(二)AOD冶炼
(1)I期吹炼：O2∶N2＝4～5∶1，氧气流量1850～1900m3/h，控制成分Cr：17.2～17.5％，Ni：9.1～9.2％，温度控制在1650±10℃，终点C控制在0.2～0.25％；
(2)II期吹炼：O2∶N2＝1～2∶1，其中氧气流量控制在1850～1900m3/h，加CaO，温度控制在1690±10℃，碳控制在0.03～0.05％时，吹氧1～2min后纯吹Ar 3～5min；
(3)预还原：加入Si-Fe粉还原，取样分析，取样分析的Si≥0.3％时，控制温度在1700～1715℃，纯吹Ar 4～5min，Ar流量400～600m3/h；
(4)还原：扒渣全部，加入铝锭还原，同时加CaO、CaF2和铌铁，调整Cr、Ni、Mn、Nb的含量达到成品中下限时，控制温度在1600±10℃，纯吹Ar至少3min后加入稀土，Ar流量400～600m3/h；
(5)出钢：将钢包调整好，对准钢包全流出钢，出钢时在钢流中加入CaSi块、硼铁；
(三)浇注
钢包烘烤温度≥800℃，镇静4～6min后开始浇注，钢锭模模温＞70℃，平板二块浇完，浇注时采用Ar保护；
(四)热加工锻造
总锻造比≥4，每火次变形量≥30％，头部切除量为15～16％，尾部切除量为5～6％，锻造温度范围1150～860℃，锻造后按退化工艺680～750℃×2.5分钟/毫米，空冷；
(五)热处理
淬火温度1030～1150℃，保温时间1.0～1.4分钟/毫米，油冷≤75℃后，空冷；回火温度630～680℃，保温时间2.3～2.7分钟/毫米，空冷。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，CaO的加入量为28～30kg/吨钢。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，Si-Fe粉的加入量为10～12kg/吨钢。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，铝锭的加入量为1～1.2kg/吨钢，CaO的加入量为28～30kg/吨钢，CaF2的加入量为7～8kg/吨钢，铌铁加入量为12～13kg/吨钢。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，铌铁在加入前至少烘烤4h。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，CaSi块的加入量为0.75～0.9kg/吨钢，硼铁的加入量为0.1～0.12kg/吨钢。
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