CN105177264B - 一种不锈钢锻制圆钢的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种不锈钢锻制圆钢的制造方法，其包括如下步骤：冶炼、模铸浇注、一火成材径锻工艺，其中，所述模铸浇注中所用钢锭模的帽容比为12～13％，模身锥度为3.00～3.80，其模身横截面呈正八角形，模铸出的钢锭可在径锻机进行一火快速成材，代替了经初轧开坯或快锻开坯+径锻成材的两火生产工艺，大大降低了能源消耗，生产周期缩短了3～5天，圆钢产品的晶粒度达到6.0～7.5级；同时，本发明的成材率较两火生产工艺的平均成材率提高了至少2个百分点。

Description

一种不锈钢锻制圆钢的制造方法

技术领域

本发明属于不锈钢加工领域，具体涉及一种不锈钢锻制圆钢的制造方法。

背景技术

不锈钢钢管是适用范围很广的钢材品种之一，在火电站、油气开采、炼油、化工、化肥、环保、汽车、交通运输、供水、轻工、医药等技术领域都大量使用。但是目前不锈钢钢管市场竞争非常激烈，各不锈钢钢管公司对圆钢的价格及交货期非常敏感。钢铁厂为了适应这种变化，纷纷采取各种措施降低生产成本、提高生产效率来应对市场竞争。

对于中小规格的不锈钢锻制圆钢(规格Φ160～250mm)，目前普遍采用的生产方式为：(1)钢锭加热→快锻成材，该工艺采用快锻直接成材，但由于快锻工艺属于单锤头作业生产，不能一火直接成材，坯料需中间回炉加热，生产效率低，生产的圆钢表面毛糙，尺寸精度低；(2)钢锭加热→(快锻或初轧)开坯→径锻成材，该工艺为两火生产工艺，增加了天然气消耗，生产周期也明显增加，降低了产品的生产效率。具体是，两火成材生产工艺增加了生产机组之间的流转过程，使物流周转成本增加；由于经过一道开坯工序，增加了天然气消耗，同时由于产品增加一道火耗损耗，降低了成品收得率，使生产成本增加。在此情况下，为进一步降低中小规格的不锈钢锻制圆钢的生产成本，提高生产效率，亟需对不锈钢锻制圆钢生产工艺进行突破性研究工作。

径锻机是一种新型锻造设备，其生产特点是相互垂直的四个锤头同时对坯料进行高频锤击，适合于高速旋转送进状态下的圆形坯料的压延变形。径锻机生产中小规格的不锈钢锻制圆钢所适用的2.3t/3.7t钢锭断面为方形，但方形钢锭棱角较尖锐，在高速旋转送进压延变形下棱角部容易产生折叠及裂纹，对圆钢表面质量产生不良影响，不适合在径锻机直接成材，需经初轧(或快锻)开坯后才能进行径锻成材。

径锻机对坯料的尺寸有严格要求，为方便将得到的钢锭顺利输送至径锻机四个锤头之间，钢锭的横截面对角线最大尺寸需满足径锻机锤头的最大开口度要求。相对于同样的横截面面积的钢锭来讲，方锭的对角线尺寸较八角锭及近似圆形的钢锭的对角线尺寸要大。对于生产中小规格的不锈钢锻制圆钢，所需的2.3t/3.7t方形钢锭对角线尺寸已经超过径锻机锤头的最大开口度要求，需采用快锻机或初轧机进行开坯至满足径锻机锤头最大开口度要求的中间坯，再进行径锻二火成材。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不锈钢锻制圆钢的制造方法，该不锈钢锻制圆钢的晶粒度为6.0～7.5级，规格为Φ160～250mm，达到节能降耗、提升成材率、降本增效的实际效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种不锈钢锻制圆钢的制造方法，其包括如下步骤：

1)冶炼

按下述合金成分进行电炉初炼、AOD精炼、LF精炼；其中，所述不锈钢锻制圆钢的化学成分质量百分比为：C：0～0.030％，Si：0.20～0.60％， Mn：1.20～1.80％，P＜0.035％，S＜0.006％，Cu＜0.25％，Cr：17.00～19.00％， Ni：8.00～10.00％，N：0.040～0.080％，其余为Fe和不可避免的杂质；

2)模铸浇注

浇注前模内充氩时间＞30min，浇注温度为1525～1535℃；

3)径锻工艺

a)钢锭精整

b)加热：钢锭在550～600℃预热，预热时间0.5～1小时；然后以70～80 ℃/小时升温至均热温度1140～1160℃，再，均热保温2～2.5小时；

c)径锻：开锻温度≥1050℃，终锻温度≥850℃；径锻结束后，空冷至室温。

进一步，步骤1)LF精炼中，精炼后期氩气翻动控制要求为：氩气弱搅拌时间≥15min；LF炉加入石灰后，通入电极进行化渣，边化渣边加入硅铁粉，采用硅铁粉进行渣面脱氧；其中，硅铁粉中Si含量72～80％，按钢水量加入硅铁粉，每吨钢水的硅铁粉加入量不少于1.25kg。

步骤2)模铸浇注中所用钢锭模的帽容比为12～13％，模身锥度为 3.00～3.80％，所述钢锭模的模身横截面呈正八角形。

步骤3)，径锻过程中进行十个道次径锻，第一到第四道次单道次的延伸率为1.10～1.25％，第五到第九道次单道次的延伸率为1.31～1.38％；第十道次的表面延伸率为1.00～1.05％。

再，所述不锈钢锻制圆钢的晶粒度为6.0～7.5级。

本发明制造方法中：

(1)LF精炼过程中，加热工位采用硅铁粉(70％Si)进行渣面脱氧。LF炉加入石灰后，通入电极进行化渣，边化渣边加入硅铁粉。每吨钢水的硅铁粉加入量不少于1.25kg。利用Si与钢液中的氧结合，使精炼过程保持良好脱氧效果，降低钢中内生非金属夹杂物。要求氩气弱搅拌时间≥15min，确保非金属夹杂物得到充分上浮。

(2)模铸浇注

浇注前模内充氩时间＞30min，可以排除浇注系统内大量的空气，保证钢液在浇注过程在无氧化气氛中进行。采用Ar气保护浇注，可以降低钢液浇注过程中的二次氧化程度，减少钢液吸入氧化性气氛含量，降低二次夹杂物的产生，明显改善钢锭的质量。

浇注温度为1525～1535℃：钢液的浇注温度由公式(T_浇注＝T_熔点+T_过热) 确定，合理的浇注温度对于保证钢的质量、防止钢锭产生缺陷有很大的作用。本发明钢种熔点为1450～1455℃，且该钢种钢液流动性好，可以采用较小的过热度70～80℃，以减少钢锭的偏析及残余缩孔，因此，本发明采用浇注温度为1525～1535℃。

本发明新设计的钢锭模为八角钢锭模，模铸出的钢锭为一火成材的径锻工艺创造了前提条件。所述钢锭模设计有合理的锥度、帽容比等参数，以改善钢中纯净性、致密性和均匀性。钢锭模设计有合理的锥度，使钢锭自上而下进行凝固，减少钢锭缩孔及疏松的发生；钢锭模设计有合理的帽容比，在保证钢锭质量的前提下，提高成品收得率；钢锭模设计有合理的尺寸，以保证生产的成品具有一定的变形比；其模身的横截面为正八角形，近似圆形，方便径锻机相互垂直的四个锤头同时对坯料进行高频锤击；且可根据实际生产需要和径锻机参数要求，设计钢锭模横截面对角线最大尺寸满足径锻机锤头的最大开口度要求，方便将得到的钢锭顺利输送至径锻机四个锤头之间。

(3)径锻工艺

钢锭精整：钢锭表面不得有翻皮、裂纹(横裂、纵裂、角裂)、烊模等缺陷，若有缺陷必须精整处理；钢锭清理处应光滑成斜坡型，不准有棱角，清除宽度不得小于清除深度的五倍，以保证缺陷平滑过渡，径锻过程中不产生折叠。

由于高合金钢的导热性差，加热时钢锭表面和中心会出现较大的温差，引起内外层膨胀不均而产生温度应力，以中心的轴向应力最大，而且是拉应力，在钢锭中心部分容易产生裂纹。钢锭在500～550℃会出现温度应力，为了避免产生过大的温度应力及中心裂纹，因此，本发明钢锭在 550～600℃进行预热，预热时间为0.5～1小时。

加热过程中，如果钢锭表面和中心产生的温度差过大，容易在钢锭上形成裂纹，热加工时造成报废。因此，温度差不能超过一定的范围，对本发明不锈钢材料来说，升温速度不宜过大，应保持在70～80℃/小时。

本发明中，均热温度过低，钢锭的变形抗力大；均热温度过高，钢锭容易产生过热及过烧。对于本发明不锈钢材料来讲，钢厂的快锻均热温度一般控制在1160～1220℃之间。考虑到径锻一火成材过程中径锻机的四个锤头同时对坯料进行高频锤击，由于锤击次数高，坯料形变产生的热量可抵偿坯料散失到环境中的热量，因此在径锻生产过程中坯料温度变化较小，温降慢。考虑到以上因素，设定径锻均热温度控制为1140～1160℃。

本发明设定开锻温度≥1050℃，终锻温度≥850℃：锻造需要保证在奥氏体状态下进行，确定终锻温度既要保证钢在终锻前具有足够的塑性，又要使锻件能够获得良好的组织性能。因此的终锻温度应高于再结晶温度，而开锻温度要求在没有产生晶间结合力弱化的前提下尽可能高。

本发明所述径锻工艺中，为保证最佳锻造效果，径锻前四道次采用小延伸率1.10～1.25％，径锻前期小变形量的控制可实现破碎钢锭铸态组织的目的，在径锻过程中预防材料表面开裂，径锻后五道次采用延伸率为 1.31～1.38％的大变形量锻造，以确保中心锻透，使圆钢晶粒度满足标准要求，第十道次表面延伸率1.00～1.05％，表面精整，保证圆钢表面质量。

本发明中，利用新设计的八角钢锭模模铸出符合径锻机锤头最大开口度要求尺寸的八角钢锭，为一火成材的径锻工艺创造了前提条件；LF 炉精炼时每吨钢水的硅铁粉加入量不少于1.25kg，使精炼过程保持良好脱氧效果；浇注前模内充氩时间＞30min，保证钢液在浇注过程在无氧化气氛中进行，降低钢液浇注过程中的二次氧化程度。这些措施改善了钢锭的非金属夹杂物水平及钢锭表面质量，保证径锻出的圆钢表面质量满足要求；径锻过程中合理的加热工艺及径锻道次延伸率，保证的圆钢的表面不开裂；同时保证的圆钢中心能够锻透，使圆钢晶粒度满足标准要求。上述工艺条件保证了本发明能顺利实现径锻一火成材工艺。

本发明采用径锻一火成材快速生产工艺，制造的圆钢的晶粒度为 6.0～7.5级，横低倍的级别为0～1.5级、非金属夹杂物A、B、C、D各类的级别均为0～1.5级。可见，本发明钢的晶粒度横低倍及非金属夹杂物控制在良好的水平，保障了后续的热穿孔性能。且本发明大大降低了不锈钢锻制圆钢生产的能源消耗，缩短生产周期，提高了成材率，具十分重要的现实意义。

本发明的有益效果：

本发明设计了八角钢锭模，生产的钢锭可在径锻机进行一火快速成材，代替了经初轧(或快锻)开坯+径锻成材的两火生产工艺，节省了一道初轧或锻造开坯工序，大大降低了能源消耗，生产周期缩短了3～5天，具有生产周期短的优点。

本发明钢锭经径锻一火成材工艺后生产的圆钢晶粒度较细，达到 6.0～7.5级；横低倍、非金属夹杂物及晶粒度控制在良好的水平；同时，本发明的成材率较两火生产工艺的平均成材率提高了至少2个百分点。

附图说明

图1为本发明实施例1圆钢的成材率简汇示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

表1为本发明实施例和对比例钢的成分，表2为本发明和对比例所用钢锭模的设计参数，表3、表4为本发明实施例钢的制造工艺，表5为对比例1钢的制造工艺，表6为本发明实施例及对比例1钢的性能。

本发明实施例制造工艺流程如下：

40吨电炉→40吨AOD精炼炉→40吨LF精炼炉→模铸3000kg钢锭→精整→钢锭加热→径锻成品→检测→合格入库。

本实施例所用径锻机为宝钢特钢有限公司的1300吨径锻机，新设计 3000kg的八角钢锭模模身的横截面呈正八角形，具体参数见表2，生产出上口直径为610mm、下口直径为508mm，断面为8角，锭重为3t的合格钢锭。对比例1所用钢锭模为2.3t钢锭模，具体参数见表2。

本发明对实施例1进行了24个炉批次的工艺试验，实施后本发明圆钢的成材率简汇如图1所示，其中，圆点●代表本发明工艺成材率；三角▲代表对比例1的2.3t两火成材工艺成材率。如图1所示，本发明钢锭径锻一火成材工艺试验的平均成材率达到84.06％，对比例1两火成材工艺平均成材率为81.92％，可见，本发明径锻一火成材工艺的成材率较两火生产工艺的平均成材率提高了至少2个百分点。

Claims (3)

1.一种不锈钢锻制圆钢的制造方法，其包括如下步骤：

1)冶炼

按下述合金成分进行电炉初炼、AOD精炼、LF精炼；所述不锈钢锻制圆钢的化学成分质量百分含量为：C：0～0.030％，Si：0.20～0.60％，Mn：1.20～1.80％，P＜0.035％，S＜0.006％，Cu＜0.25％，Cr：17.00～19.00％，Ni：8.00～10.00％，N：0.040～0.080％，其余为Fe和不可避免的杂质；

2)模铸浇注

浇注前模内充氩时间＞30min，浇注温度为1525～1535℃；其中，所用钢锭模的帽容比为12～13％，模身锥度为3.00～3.80，模身横截面呈正八角形；

3)径锻工艺

a)钢锭精整

b)加热：钢锭在550～600℃预热，预热时间0.5～1小时；然后以70～80℃/小时升温至均热温度1140～1160℃，再，均热保温2～2.5小时；

c)径锻：开锻温度≥1050℃，终锻温度≥850℃；径锻过程中，进行十个道次径锻，第一到第四道次单道次的延伸率为1.10～1.25％，第五到第九道次单道次的延伸率为1.31～1.38％；第十道次的表面延伸率为1.00～1.05％；

径锻结束后，空冷至室温。

2.根据权利要求1所述的不锈钢锻制圆钢的制造方法，其特征在于，步骤1)LF精炼中，精炼后期氩气翻动控制要求为：氩气弱搅拌时间≥15min，采用硅铁粉进行渣面脱氧，硅铁粉的加入量≥1.25kg/吨钢水，硅铁粉中Si含量72～80％。

3.根据权利要求1或2所述的不锈钢锻制圆钢的制造方法，其特征在于，所述不锈钢锻制圆钢的晶粒度为6.0～7.5级。