CN104789787B - 一种核电用高纯净度奥氏体含氮不锈钢的电渣重熔方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种核电用高纯净度奥氏体含氮不锈钢的电渣重熔方法，包括如下步骤：（1）选取电渣所用圆柱形金属电极；（2）将金属电极采用机加工方法处理；（3）将金属电极与电渣所用不锈钢假电极进行焊接处理和加热处理；（4）选用CaF₂ 50%～60%，Al₂O₃ 15%～25%，CaO 10%～20%，MgO 5%～10%，SiO₂ 3%～6%的渣系进行化渣处理；（6）进行补缩处理；（7）进行模冷。本发明制备的奥氏体含氮不锈钢钢锭表面成型好，夹杂物含量低，可达到A类粗系≤0.5，细系≤0.5；B类粗系≤0.5，细系≤0.5；C类粗系≤0.5，细系≤0.5；D类粗系≤0.5，细系≤1.0。

Description

一种核电用高纯净度奥氏体含氮不锈钢的电渣重熔方法

技术领域

本发明涉及一种奥氏体含氮不锈钢的电渣重熔方法，特别是涉及一种核电用高纯净度奥氏体含氮不锈钢的电渣重熔方法，属于冶金技术领域。

背景技术

CAP1400是指装机容量为140万千瓦的先进非能动核电技术，是在我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中明确提出的具有自主知识产权的第三代核电技术。CAP1400项目旨在于目前安全性和经济性较好的AP1000技术基础上，通过消化、吸收和再创新，形成具有我国自主知识产权、功率更大、安全性更高、寿命更长的大型先进压水堆核电技术，以摆脱我国核电技术依赖进口、核电发展受制于人的局面，既满足我国在2020年实现核电装机7000万千瓦、占届时中国电力总装机容量5%的目标；又可满足我国核电成套技术“走出去”的战略，实现由“核电大国”向“核电强国”转变的目标。

自我国第一次引进核电技术以来，核电所用高端设备就一直依赖进口。在CAP1400核电技术的自主研发过程中，如何实现核电站所需核主泵、压力容器等关键设备的全面国产化，是确保其能否顺利实施、形成具有自主知识产权技术的关键。与二代及二代加产品比较，CAP1400项目用奥氏体含氮不锈钢材料的夹杂物要求明显提高，具体表现在B类及D类夹杂物方面，二代及二代加产品对B类及D类夹杂物一般要求为≤2.0级或不要求，而CAP1400项目的要求为B类及D类≤1.0级。电渣过程中夹杂物的产生主要原因是渣料中含有的不稳定氧化物；自耗电极表面的氧化铁；渣池表面的大气。在重熔含N奥氏体不锈钢时，N元素极易与Al、Ti、Nb等元素形成化学键稳定的夹杂物，夹杂物本身为硬质夹杂物，不易变形，对材料的热加工性能产生恶劣的影响。以往工艺无法满足其夹杂物要求，导致CAP1400具有自主知识产权的核电国产化进程减慢，对我国核电事业的发展非常不利。材料中的夹杂物含量高对其探伤性能、力学性能、焊接性能及水压试验均有不利的影响，如何解决奥氏体含氮不锈钢夹杂物的问题不容忽视。

发明内容

本发明的目的就在于解决现有技术中因为夹杂物含量控制不住而导致材料探伤性能、力学性能及焊接后水压试验合格率低的问题，经过反复试验和研究后，提供一种核电用高纯净度奥氏体含氮不锈钢的电渣重熔方法。

本发明给出的技术方案是：一种核电用高纯净度奥氏体含氮不锈钢的电渣重熔方法，其特征在于，所述的奥氏体含氮不锈钢的电渣重熔方法，包括如下步骤。

（1）选取电渣所用圆柱形金属电极与圆形结晶器的面积比要求达到30%~40%之间，金属电极的“O”含量应不大于50ppm。

（2）将步骤（1）中所用金属电极采用机加工方法处理，表面要求露出金属光泽。

（3）将步骤（2）中处理完毕的金属电极与电渣所用不锈钢假电极（与金属电极的面积比应为50%~60%）进行焊接处理，焊接后进行800℃~1000℃加热处理，该加热处理应在电渣前30分钟~2小时内进行。

（4）步骤（3）完成后，选用CaF₂ 50%~60%，Al₂O₃ 15%~25%，CaO 10%~20%，MgO 5%~10%，SiO₂ 3%~6%的渣系进行化渣处理，化渣过程中向渣中加入渣量重量百分比0.2%的Si-Ca粉及渣量重量百分比0.1%的Al粉。

（5）步骤（4）完成后，选取熔炼电压为70V~85V，熔炼电流为13.0KA~13.7KA，每次交换金属电极前10min~15min，提升熔炼电流500A~1000A，并在熔炼过程中向结晶器中通入经气体干燥机及分子筛处理后的惰性气体（氩气），通入量为8m³~12m³/h，复合脱氧剂中Si-Ca粉加入量为0.40%~0.50%，Al粉加入量为0.10%~0.15%。

（6）步骤（5）完成后，进行补缩处理，10000A(20min) → 8000A(20min) → 6000A(10~15min) → 4000A(5~10min) → 3000A(5~10min) → 0A。

（7）步骤（6）完成后，进行模冷，模冷时间为2h~3h。

所述的一种核电用高纯净度奥氏体含氮不锈钢的电渣重熔方法，适用于F316LN、Z2CND18-12(控氮)、F304LN及Z2CN19-10（控氮）奥氏体含氮不锈钢的电渣重熔，锭型为3~6吨。

本发明给出的这种奥氏体含氮不锈钢的电渣重熔方法，其设计思想为：选取的渣系为：CaF₂ 50%~60%，Al₂O₃ 15%~25%，CaO 10%~20%，MgO 5%~10%，SiO₂ 3%~6%。选取此渣系，可有效的增加渣洗效果，有效的去除了硫化物夹杂，降低非金属夹杂物的含量；采用填充比为30%~40%之间低氧含量金属电极并进行表面车光处理，电渣重熔过程中，合适的填充比可获得理想的液态金属熔池形态，有效地避免了由于熔池形状不理想导致非金属夹杂物不易上浮的问题，降低了非金属夹杂物的含量，同时亦可以提高熔化速率，降低吨钢电耗；金属电极表面车光可很大程度切断外来非金属夹杂物带入重熔钢液中的路径，降低非金属夹杂物的含量；通过合适的冶炼电压及电流进行重熔，在重熔过程中，更换金属电极前10~15min提升工艺电流500A~1000A，有效地增加了渣温，且焊接后准备电渣的金属电极经过加热处理，在另一支金属电极进入渣池时，有效地避免了由于金属电极本身温度过低导致渣池中液态金属停留时间短的问题，由于电流通过渣层时放出大量的热，电渣钢锭头部的金属几乎在整个电渣保温期间均保持熔化状态，钢液温度越高，其粘度愈小，使非金属夹杂物自熔体中排出提供了有利的条件，降低了非金属夹杂物的含量；电渣过程中，向结晶器中通入经气体干燥机及分子筛处理后的惰性气体（氩气），通入量为8m³~12m³/h，切断了外界空气进入钢中的途径，阻止了非金属夹杂物的形成，降低其含量；复合脱氧剂中Si-Ca粉加入量为0.40%~0.50%，Al粉加入量为0.10%~0.15%，控制了O含量的增加，，复合脱氧剂加入可始终保持渣具有还原性，降低钢中的夹杂物含量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是。

1、本发明选用“O”含量不大于50ppm并车光表面的金属电极可有效降低金属电极自身带入钢中的夹杂物含量，可有效提高材料的纯净度。

2、本发明采用面积比达到30%~40%之间的圆柱形金属电极，并在更换金属电极前对焊接后的电极进行加热处理及提升电流500A~1000A，可有效提高材料在电渣过程中的熔化速率，增加渣池中液态金属的存在时间，提供夹杂物自上浮的条件，降低非金属夹杂物的含量。

3本发明选用CaF₂ 50%~60%，Al₂O₃ 15%~25%，CaO 10%~20%，MgO 5%~10%，SiO₂ 3%~6%的渣系，并在化渣过程中向渣中加入渣量重量百分比0.2%的Si-Ca粉及渣量重量百分比0.1%的Al粉，改善渣系流动性，增加渣钢结合相对面积，同时利用复合脱氧剂使渣从始至终具有还原特性，有效地降低钢中的非金属夹杂物。

4、本发明在电渣过程中向结晶器中通入经气体干燥机及分子筛处理后的惰性气体（氩气），通入量为8m³~12m³/h；复合脱氧剂中Si-Ca粉加入量为0.40%~0.50%，Al粉加入量为0.10%~0.15%，以此控制H含量的增加，切断外界空气进入钢中的途径；复合脱氧剂的加入可促使渣系始终具有还原性，降低钢中的非金属夹杂物含量。

5、本发明针对3吨~6吨锭型，选用熔炼电压为70V~85V，熔炼电流为13.0KA~13.7KA，可有效保证电渣过程中金属电极具有合适的埋深度，液态熔池具有理想形状，有利于夹杂物的上浮于渣中，降低夹杂物含量。

6、本发明采用10000A(20min) → 8000A(20min) → 6000A(10~15min) → 4000A(5~10min) → 3000A(5~10min) → 0A补缩工艺，可有效提高钢锭的成材率。

附图说明

图1为核电用高纯净度奥氏体含氮不锈钢的电渣重熔方法的工艺流程图。

图2为夹杂物状态对比图，图2中的（a）（b）（c）为常规方法电渣后F316LN、Z2CND18-12（控氮）、Z2CN19-10（控氮）的夹杂物状态；图2中的（d）（e）（f）为本发明方法电渣后F316LN、Z2CND18-12（控氮）、Z2CN19-10（控氮）的夹杂物状态。

具体实施方式

下面通过实施例和附图对本发明做进一步详细描述。

在具体实施例中，本发明给出的这种核电用高纯净度奥氏体含氮不锈钢的电渣重熔方法，包括如下步骤。

（1）选取电渣所用圆柱形金属电极与圆形结晶器的面积比要求达到30%~40%之间，金属电极的“O”含量应不大于50ppm。

（2）将步骤（1）中所用金属电极采用机加工方法处理，表面要求露出金属光泽。

（3）将步骤（2）中处理完毕的金属电极与电渣所用不锈钢假电极（与金属电极的面积比应为50%~60%）进行焊接处理，焊接后进行800℃~1000℃加热处理，该加热处理应在电渣前30分钟~2小时内进行。

（4）步骤（3）完成后，选用CaF₂ 50%~60%，Al₂O₃ 15%~25%，CaO 10%~20%，MgO 5%~10%，SiO₂ 3%~6%的渣系进行化渣处理，化渣过程中向渣中加入渣量重量百分比0.2%的Si-Ca粉及渣量重量百分比0.1%的Al粉。

（5）步骤（4）完成后，选取熔炼电压为70V~85V，熔炼电流为13.0KA~13.7KA，每次交换金属电极前10min~15min，提升熔炼电流500A~1000A，并在熔炼过程中向结晶器中通入经气体干燥机及分子筛处理后的惰性气体（氩气），通入量为8m³~12m³/h，复合脱氧剂中Si-Ca粉加入量为0.40%~0.50%，Al粉加入量为0.10%~0.15%。

（6）步骤（5）完成后，进行补缩处理，10000A(20min) → 8000A(20min) → 6000A(10~15min) → 4000A(5~10min) → 3000A(5~10min) → 0A。

（7）步骤（6）完成后，进行模冷，模冷时间为2h~3h。

本发明加入的复合脱氧剂为现有技术，其中Si-Ca粉的生产厂家为陕西盛华冶化有限公司，商标为盛华冶化；Al粉的生产厂家为齐河国宏博远铝业有限公司。

实施例1。

电渣重熔F316LN合金，电渣锭尺寸为Ф700^m/_m锭重为6吨。母材金属电极尺寸为Ф430^m/_m。母材电极氧含量为32ppm。

电参数：炉口电压为80V，电流为13KA，绝缘底座，精选渣系总重为200Kg，配比为：CaF₂ 58%，Al₂O₃ 20%，CaO 13%，MgO 6%，SiO₂ 3%，渣经600~800℃烘烤，化渣过程中向渣中加入渣量重量百分比400g的Si-Ca粉及渣量重量百分比200g的Al粉，使用自动加料机不间断式加入复合脱氧剂Si-Ca粉量为0.40%~0.50%，Al粉量为0.10%~0.15%，通干燥机及分子筛处理后的惰性气体（氩气），通入量为11m³/h进行保护。

表1 F316LN合金重熔后夹杂物检测结果。

实施例2。

电渣重熔Z2CND18-12（控氮）合金，电渣锭尺寸为Ф700^m/_m锭重为4吨。母材金属电极尺寸为Ф400^m/_m。母材电极氧含量为21ppm。

表2 Z2CND18-12（控氮）合金重熔后夹杂物结果。

实施例3。

电渣重熔Z2CN19-10（控氮）合金，电渣锭尺寸为Ф700^m/_m锭重为5吨。母材金属电极尺寸为Ф440^m/_m。母材电极氧含量为18ppm。

表3 Z2CN19-10（控氮）合金重熔后夹杂物检测结果

Claims (2)

1.一种核电用高纯净度奥氏体含氮不锈钢的电渣重熔方法，其特征在于，所述的奥氏体含氮不锈钢的电渣重熔方法，包括如下步骤：

（1）选取电渣所用圆柱形金属电极与圆形结晶器的面积比要求达到30%～40%之间，金属电极的“O”含量应不大于50ppm；

（2）将步骤（1）中所用金属电极采用机加工方法处理，表面要求露出金属光泽；

（3）将步骤（2）中处理完毕的金属电极与电渣所用不锈钢假电极进行焊接处理，该不锈钢假电极与金属电极的面积比应为50%～60%，焊接后进行加热处理，该加热处理应在电渣前30分钟～2小时内进行；

（4）步骤（3）完成后，选用CaF₂ 50%～60%，Al₂O₃ 15%～25%，CaO 10%～20%，MgO 5%～10%，SiO₂ 3%～6%的渣系进行化渣处理，化渣过程中向渣中加入渣量重量百分比0.2%的Si-Ca粉及渣量重量百分比0.1%的Al粉；

（5）步骤（4）完成后，选取熔炼电压为70V～85V，熔炼电流为13.0KA～13.7KA，每次交换金属电极前10min～15min，提升熔炼电流500A～1000A，并在熔炼过程中向结晶器中通入经气体干燥机及分子筛处理后的惰性气体氩气，通入量为8m³～12m³/h，复合脱氧剂中Si-Ca粉加入量为0.40%～0.50%，Al粉加入量为0.10%～0.15%；

（6）步骤（5）完成后，进行补缩处理，10000A 20min → 8000A 20min → 6000A 10～15min → 4000A 5～10min → 3000A 5～10min → 0A；

（7）步骤（6）完成后，进行模冷，模冷时间为2h～3h。

2.按照权利要求1所述的一种核电用高纯净度奥氏体含氮不锈钢的电渣重熔方法，其特征在于适用于F316LN、Z2CND18-12控氮 、F304LN及Z2CN19-10控氮 奥氏体含氮不锈钢的电渣重熔，锭型为3～6吨。