CN105088094B

CN105088094B - 一种控氮奥氏体不锈钢大锻件的制造方法

Info

Publication number: CN105088094B
Application number: CN201510487948.9A
Authority: CN
Inventors: 朱长春; 徐松乾; 庄伟�; 金成�
Original assignee: Baosteel Special Steel Co Ltd
Current assignee: Baowu Special Metallurgy Co Ltd
Priority date: 2015-08-11
Filing date: 2015-08-11
Publication date: 2018-04-27
Anticipated expiration: 2035-08-11
Also published as: CN105088094A

Abstract

一种控氮奥氏体不锈钢大锻件的制造方法，其包括如下步骤：电炉初炼、AOD精炼、LF精炼：采用Al与Si的质量比为7：3的复合脱氧剂；模铸浇注；电渣重熔：电渣保护渣选用CaF₂：Al₂O₃：CaO：MgO＝72：18：5：5四元渣系；锻造：采用多次镦拔方式，通过控制第一、二、三火温度和变形量均大于30％，确保在锻后冷却过程中发生大量再结晶，使产品固溶后晶粒度全部不粗于4级，有效解决了大锻件混晶问题，使控氮奥氏体不锈钢大锻件具有良好的综合性能，并在350℃高温条件下仍能保持较好的性能，满足工程结构件的使用要求。

Description

一种控氮奥氏体不锈钢大锻件的制造方法

技术领域

本发明属于奥氏体不锈钢加工领域，具体涉及一种控氮奥氏体不锈钢大锻件的制造方法。

背景技术

随着科学技术的发展，不锈钢锻件应用越来越多，在某些特殊场合，对材料性能要求苛刻，要求其具有优良的耐腐蚀性能和良好的结构制造工艺性。控氮奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性能，且强度和耐腐蚀性良好配合，结构制造工艺性好，是工程结构件的首选材料。我国大多采用0Cr18Ni10Ti不锈钢，该类钢种含碳量高，耐腐蚀性能较差。采用0Cr18Ni10Ti不锈钢制造的工程结构件，在组装焊接后，为满足工程对耐晶间腐蚀性能的要求，必须进行固溶处理，使工程结构件中结构复杂的大型组件的制造难度加大，还无法保证其精度。

近年来，随着工程设计的改进，对于工程中精度要求高又不允许焊后热处理的部件，就不能再采用0Cr18Ni10Ti不锈钢。00Cr18Ni10N控氮奥氏体不锈钢中氮的适量增加对于工程结构件是非常有利的，氮在显著提高钢强度的同时，仍保持钢的良好塑韧性。氮还提高奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能，特别是耐局部腐蚀，如耐晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等。因此，00Cr18Ni10N控氮奥氏体不锈钢在满足强度要求的前提下，抗腐蚀性能好，组装焊接后不需进行固溶处理，避免了结构件热处理变形和高温氧化等工程问题，既简化了制造工艺，降低制造成本，还能保证工程结构件所要求的制造精度，提高了运行的安全、可靠性。

现在，控氮奥氏体不锈钢在很多领域中应用逐渐增多，主要产品包括锻件、板材、棒材和管材等。但对于控氮奥氏体不锈钢大锻件(≥350mm)，其成分、夹杂物、力学性能、晶粒度(不粗于4级)有非常严格的要求。如果采用常规工艺生产控氮奥氏体不锈钢大锻件，都会出现晶粒度不均匀现象，不符合大锻件使用要求。因此，混晶问题一直是大锻件生产的难点，为解决大锻件混晶问题，需要对控氮奥氏体不锈钢大锻件生产工艺进行突破性研究工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控氮奥氏体不锈钢大锻件的制造方法，该控氮奥氏体不锈钢大锻件在室温下抗拉强度≥550MPa，屈服强度≥280MPa，伸长率≥50％，断面收缩率≥80％；350℃高温下，其抗拉强度≥410MPa，屈服强度≥160MPa，伸长率≥40％，断面收缩率≥75％，产品的晶粒度全部不粗于4级，有效解决大锻件混晶问题，满足工程结构件的使用要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种控氮奥氏体不锈钢大锻件的制造方法，其包括如下步骤：

1)冶炼

按下述合金成分进行电炉冶炼、AOD精炼、LF精炼；其中，所述控氮奥氏体不锈钢大锻件的化学成分重量百分比为：C≤0.030％，Si≤0.8％，Mn≤2.00％，Ni：9～11％，Cr：18～20％，Cu≤0.20％，S≤0.015％，P≤0.020％，N：0.09～0.12％，B：≤0.0015％，其余为Fe和不可避免杂质；

2)模铸浇注

浇注温度为1510～1520℃；

3)电渣重熔

电渣保护渣选用包含CaF₂、Al₂O₃、CaO和MgO的四元渣系；

熔化阶段：电压85～90V，电流12500～13500A；

封顶阶段：电压56～62V，电流5000～7000A；

4)锻造

第一火均热温度1180～1220℃，均热时间≥3小时，采取一镦一拔方式，变形量＞30％；

第二火回炉温度1140～1160℃，加热保温时间≥2小时，采取一镦一拔方式，变形量＞30％；

第三火回炉温度1100～1120℃，加热保温时间≥1.5小时，采取一镦一拔方式，变形量＞30％；第三火结束后空冷至室温；

5)固溶热处理

均热温度1020～1040℃，均热时间≥2小时。

进一步，步骤1)中，所述AOD精炼还原期所用脱氧剂为Al、Si复合脱氧剂，还原强度为110～130％，并调整炉渣碱度为3～5。

步骤1)中，所述Al、Si复合脱氧剂中Al与Si的质量比为7：3。

步骤3)中，电渣保护渣中各组分的质量比为：CaF₂：Al₂O₃：CaO：MgO＝72：18：5：5。

又，本发明制备的控氮奥氏体不锈钢大锻件的金相组织中晶粒度全部不粗于4级。

本发明制备的控氮奥氏体不锈钢大锻件在室温下，其抗拉强度≥550MPa，屈服强度≥280MPa，伸长率≥50％，断面收缩率≥80％；350℃高温下，其抗拉强度≥410MPa，屈服强度≥160MPa，伸长率≥40％，断面收缩率≥75％。

本发明的工艺设计中：

(1)AOD精炼过程中采用Al、Si复合脱氧工艺，并控制还原强度为110～130％，炉渣碱度为3～5，实现预还原对钢液氧含量的充分脱除，营造钢液的过还原气氛，并通过调整炉渣碱度实现炉渣对氧化物的吸附上浮，从而改善钢液的纯净度。

本发明所用复合脱氧剂中Al：Si＝7：3，Al可较为显著降低钢液总氧含量，但Al脱氧产生的氧化物Al₂O₃进入炉渣后与石灰(CaO)形成二元炉渣，由于炉渣中SiO₂较少，碱度很高，对夹杂物尤其是D类夹杂物的控制不利；Si与氧结合的能力有限，脱氧程度不足，而且产生的氧化物SiO₂进入炉渣后与石灰形成二元炉渣，碱度较低，对脱硫不利。因此，本发明兼顾以上脱氧效果及碱度控制，采用Al、Si复合脱氧并控制Al：Si的质量比为7：3。

(2)电渣重熔

电渣保护渣选用CaF₂：Al₂O₃：CaO：MgO＝72：18：5：5四元渣系：根据钢成分和熔点来选择上述渣系，有利于电渣过程的稳定、硫的去除、非金属夹杂物的去除、表面质量改善，可保证钢的成分、夹杂物、表面质量达到最优状态。

本发明电渣保护渣中CaF₂可降低炉渣的熔点和粘度，使炉渣在冶炼过程中具有良好的流动性，从而有利于硫的去除和非金属夹杂物的去除；Al₂O₃可有效地降低电导，增加电阻率，使渣池温度升高，熔化速率加快，从而使生产率提高，电耗降低，表面质量改善；CaO可提高渣的碱度，保证炉渣具有足够的脱硫能力，适量的CaO可以降低炉渣的熔点，改善炉渣流动性；适量的MgO可以提高渣系的电阻，还会在渣池表面形成一层半凝固膜，有利电渣过程的稳定。

为保证电渣锭中N含量，熔化阶段采用电流12500～13500A，电压85～90V：主要目的是控制合适的熔速，熔速是电渣熔铸过程的主要控制参数，对凝固质量有很大影响，熔速太高或太低均会降低凝固质量，例如严重的低倍偏析或低倍孔洞。本发明中如果电流电压太大，元素烧损严重，钢中夹杂物有增加的趋势，对钢锭表面质量不利，引起熔速加快。因此，控制上述电流电压和合适的熔速对保证质量、提高生产率有明显效果。并在熔化阶段依靠电渣保护渣中MgO结膜保护，防止N析出。

封顶阶段采用大电压(56～62V)小电流(5000～7000A)，充分补缩，保证钢锭的致密性，使钢锭中无缩孔、疏松、偏析等凝固缺陷。

(3)锻造工艺

锻造第一火控制：钢锭均热温度1180～1220℃，加热保温时间≥3小时；第二火控制：回炉温度1140～1160℃，加热保温时间≥2小时；第三火控制：回炉温度1100～1120℃，加热保温时间≥1.5小时：上述加热工艺有效地保证材料的组织均匀性，同时保证得到良好的热塑性，使材料更易锻造变形，锻后得到良好的表面质量。

锻造第一火时，如果均热温度超过1220℃，钢锭热塑性会迅速下降；均热温度太低，变形抗力增大，钢锭不易变形，容易开裂。本发明根据锻造尺寸、火次和变形抗力情况，锻造第一火采用较高的均热温度进行生产。为使锻坯在锻造过程中始终保持在较细的晶粒度水平，第二、三火回炉温度选择低于第一火的均热温度，并在采用较大的压下量(大于30％)，才能在其后冷却过程中发生大量再结晶，有利于保证最终产品获得较细的晶粒度。所以，锻造工艺中加热温度控制是关键。

本发明中控制第一、二、三火的变形量均大于30％，以确保在其后冷却过程中发生大量再结晶，保证成品固溶后都能获得较细的晶粒度。

本发明的有益效果：

1.本发明通过精确控制N含量为0.09～0.12％及其的制造工艺使得钢的综合性能良好，具体是产品经固溶处理后，其室温抗拉强度≥550MPa，屈服强度≥280MPa，伸长率≥50％，断面收缩率≥80％；且在350℃高温下仍能保持较好的性能，具体是：350℃下其抗拉强度≥410MPa，屈服强度≥160MPa，伸长率≥40％，断面收缩率≥75％。

2.本发明锻造工艺采取多次镦拔方式，通过控制第一、二、三火的温度和大变形量，确保在锻后冷却过程中发生大量再结晶，保证了产品经过充分固溶处理后晶粒度全部不粗于4级，解决了大锻件混晶问题。

3.本发明有效解决了大锻件混晶问题，达到工程结构件的使用要求，简化工程结构件制造工艺，降低制造成本，保证了工程结构件所要求的制造精度，提高了运行的安全、可靠性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

本发明实施例采用的工艺技术流程为：40吨电弧炉出炉→40吨AOD精炼炉→40吨LF精炼炉→模铸电极棒→电渣重熔→2000t或4000t快锻机锻造品→成品固溶处理→检测→合格入库。

表1为本发明实施例的钢成分，表2为本发明实施例的锻造和固溶处理工艺参数，表3为本发明实施例钢的室温力学性能(试验标准：GB/T228)，表4为本发明实施例钢的350℃下力学性能(试验标准：GB/T4338)，表5为本发明实施例钢的晶粒度(试验标准：GB/T6394)。

Claims

1.一种控氮奥氏体不锈钢大锻件的制造方法，其包括如下步骤：

1)冶炼

2)模铸浇注

浇注温度为1510～1520℃；

3)电渣重熔

电渣保护渣选用包含CaF₂、Al₂O₃、CaO和MgO的四元渣系；

熔化阶段：电压85～90V，电流12500～13500A；

封顶阶段：电压56～62V，电流5000～7000A；

4)锻造

第二火回炉温度1140～1160℃，加热保温≥2小时，采取一镦一拔方式，变形量＞30％；

第三火回炉温度1100～1120℃，加热保温≥1.5小时，采取一镦一拔方式，变形量＞30％；第三火结束后空冷至室温；

5)固溶热处理

均热温度1020～1040℃，均热时间≥2小时。

2.根据权利要求1所述的控氮奥氏体不锈钢大锻件的制造方法，其特征在于，步骤1)中，所述的AOD精炼的还原期所用脱氧剂为Al、Si复合脱氧剂，还原强度为110～130％，并调整炉渣碱度为3～5。

3.根据权利要求2所述的控氮奥氏体不锈钢大锻件的制造方法，其特征在于，步骤1)中，所述Al、Si复合脱氧剂中Al与Si的质量比为7：3。

4.根据权利要求1所述的控氮奥氏体不锈钢大锻件的制造方法，其特征在于，步骤3)中，电渣保护渣中各组分的质量比为：CaF₂：Al₂O₃：CaO：MgO＝72：18：5：5。

5.根据权利要求1-4任一项所述的控氮奥氏体不锈钢大锻件的制造方法，其特征在于，所制备的控氮奥氏体不锈钢大锻件的金相组织中晶粒度全部不粗于4级。

6.根据权利要求1-4任一项所述的控氮奥氏体不锈钢大锻件的制造方法，其特征在于，所制备的控氮奥氏体不锈钢大锻件在室温下，其抗拉强度≥550MPa，屈服强度≥280MPa，伸长率≥50％，断面收缩率≥80％；350℃高温下，其抗拉强度≥410MPa，屈服强度≥160MPa，伸长率≥40％，断面收缩率≥75％。