CN106011680A

CN106011680A - 一种耐高温炉胆用奥氏体不锈钢板坯的制作工艺

Info

Publication number: CN106011680A
Application number: CN201610354858.7A
Authority: CN
Inventors: 颜海涛; 杨振; 申鹏; 李�杰; 杨赛; 刘晓亚
Original assignee: East Special Steel Co Ltd Of Zhen Shi Group
Current assignee: East Special Steel Co Ltd Of Zhen Shi Group
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2016-05-26
Publication date: 2016-10-12
Also published as: CN105803318A; CN105420621A

Abstract

本发明涉及一种耐高温炉胆用奥氏体不锈钢板坯的制作工艺，可以节约成本、降低能耗，提高经济效益的同时，绿色环保。Consteel电炉母液出钢为：C＞1.0%；Si＜1.0%；Cr≤2%；Ni：25～35%；P＜0.01%；W：3～5%，余量为Fe；出钢温度控制在1580～1630℃；将Consteel电炉母液和中频炉高碳铬铁钢液勾兑后兑入AOD炉冶炼，冶炼后出钢温度控制在1550～1630℃之间；不锈钢溶液为：Cr：24～26%，Ni：19～21%，Si：0.3～0.8%，C：0.02～0.06%，Mn：1.0～1.5%，W：1.5～2.5%，N≤0.2%，P≤0.04%，S≤0.03%，余量为Fe；LF炉吊包温度控制在1500～1520℃之间，然后通过连铸机把该不锈钢溶液连铸成厚度160～220mm板坯。

Description

一种耐高温炉胆用奥氏体不锈钢板坯的制作工艺

技术领域

本发明涉及一种耐高温炉胆用奥氏体不锈钢板坯的制作工艺。

背景技术

Consteel电炉炼钢工艺是20世纪90年代推行的一种新的电炉炼钢技术，该电炉具有连续加料、连续预热、连续熔化、连续冶炼的特点，它具有冶炼周期短、冶炼能耗低、噪音小、投资成本低等优点，在炼钢领域是一种具有较强生命力和竞争力的电炉冶炼先进技术，但是采用Consteel电炉冶炼耐高温炉胆用奥氏体不锈钢这种高镍、高铬及含钨不锈钢母液还没有先例，本发明通过调整工艺参数不仅能采用Consteel电炉冶炼耐高温炉胆用奥氏体不锈钢母液，而且可以降低电耗、缩短冶炼周期，同时P含量可以降到0.01%以下，极大的提高了经济效益。

奥氏体系列不锈钢为Fe～Cr～Ni系列或Fe～Cr～Mn系列。从低温到高温都具有稳定的优良的力学性能。在920～1150℃温度进行固溶化热处理无变态点，依靠快速冷却成为非磁性的具有优良的耐腐蚀性能的奥氏体组织。奥氏体系列不锈钢与马氏体、铁素体系列不锈钢相比较，因富有延伸性和屈服比（屈服强度/抗拉强度）小等，所以其加工性十分优越。但其加工硬化性大。近来，巧妙地利用加工温度，将以前不可能进行的超深拉深在一定温度的情况下拉深成功。

奥氏体耐热不锈钢在锅炉和炉胆中广泛的应用，如火力发电用的蒸汽锅炉、蒸汽涡轮工业炉及喷气式发动机等。它们都在高温下工作，并承受各种载荷，此外它们还与高温蒸汽、高温气相接触，表面容易发生高温氧化。310/310S 为铬镍型奥氏体不锈钢，由于添加了比304 更高含量的铬镍，在高温下能够有效的控制氧化物的生成，使其具有更好的高温抗氧化性及更高温蠕变强度。310S 的最高工作温度可达1200℃，能在1100℃下持续工作，通常在1100℃以下的高温环境中使用，但在高温环境中使用时间短，新发明的一种耐高温炉胆用奥氏体不锈钢具有更高的高温持久性能和耐高温氧化性能。

高温特性：在500℃以上，其他钢种的强度会急剧下降，而奥氏体系列不锈钢却仍具有较高的强度。特别是因为它有良好的耐氧化性，所以适用于各种高温工况。因为奥氏体系列不锈钢是面心立方晶格，比体心立方晶格的铁素体系列不锈钢在600℃以上的高温强度显著优越。

低温特性：普通钢（铁素体钢）是一种高强度材料，但在低温中，因其强度和韧性都减弱，而在使用上受到限制。马氏体系列、铁素体系列和奥氏体系列不锈钢，分别在常温以及高温环境中具备各自优越的特性，但在低温环境中，马氏体系列不锈钢和铁素体系列不锈钢，与普通钢一样，低温性能不佳，而奥氏体系列不锈钢，因具备优良的低温特性而被大量使用。

300系列奥氏体不锈钢（如304、316、317等）由于在高温和极低温度下都具有良好的塑韧性、冷热加工性能和耐局部腐蚀性能而被广泛用于石油、化工、宇航和能源等领域。随着现化化不断发展，许多工况要求在高温下有较高强度和良好的化学性的特殊钢，典型的耐高温不锈钢如06Cr25Ni20（310S）是通过同时提高Cr、Ni含量来提高不锈钢的抗高温氧化性而发展起来的。

目前，在国内以太钢和宝钢为首的不锈钢企业都已生产开发了310S耐热不锈钢，以用到退火炉设备中，但是310S主要存在的缺陷是使用寿命短，针对这种情况，通过合理科学的设计及实验研究，可开出了专门使用在高温炉胆中的专用奥氏体不锈钢铸坯。本发明通过提高铬、镍的含量，合理的添加钨合金金属元素，及严格控制其他合金元素含量，可使其材料可长期使用在高温炉胆中，为下游客户节省材料费用及提高经济效益。通过查新报告，针对耐高温炉胆专用奥氏体不锈钢技术方面的论文和专利还未见报道，并且制作工艺和本专利要求也有根本的不同。

公开号为CN102373379A的中国专利公开了一种耐化学腐蚀马氏体不锈钢的制备方法，其按重量百分比计算，所含成分如下：C ：0.002～0.01% ；Si ：0.15～0.45% ；Mn ：0.3～1.5% ；P ：≤ 0.02% ；S ：≤ 0.005% ；Cr ：16～17.8% ；Ni ：2.5～5.0% ；V：0.03%～0.15% ；Mo ：1.5～0.30%；O≤ 0.005%。该不锈钢具有耐高温和耐磨的优点，但达不到高温炉胆的使用要求。

公开号为CN102260826A 的中国专利公开了一种耐高温马氏体不锈钢及其制造方法，其按重量百分比计算，所含成分如下：C ：0.11～0.15% ；Si ：≤0.1% ；Mn ：0.5～0.8%；P ：≤ 0.01% ；S ：≤ 0.005% ；Cr ：9.8～11.5% ；Ni ：0.6～0.8% ；V：0.13%～0.23% ；Al≤0.01%；Nb:0.09～0.15%；W：0.25～0.4%；N：0.05～0.08%；Mo ：1.00～1.30%；O≤ 0.005%。该不锈钢具有耐高温和低温强度高等优点，但达不到高温炉胆的耐高温蠕变及耐氧化使用要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种耐高温炉胆用奥氏体不锈钢板坯的制作工艺，该板坯所用的钢种可以提高比310S耐热不锈钢更好的耐高温蠕变性能及抗氧化性能，可以在1000℃以上使用时间更长；同时采用该工艺生产该钢种可以节约成本、降低能耗，提高经济效益的同时，绿色环保。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：1、一种耐高温炉胆用奥氏体不锈钢板坯的制作工艺，其特征在于：步骤如下：

一、Consteel电炉冶炼不锈钢母液，母液出钢成分按质量百分比组成为：C＞1.0%；Si＜1.0%；Cr≤2%；Ni：25～35%；P＜0.01%；W：3～5%，余量为Fe；出钢温度控制在1580～1630℃；

二、采用中频炉冶炼高碳铬铁；

三、将Consteel电炉母液和中频炉高碳铬铁钢液勾兑后兑入AOD炉冶炼，冶炼后出钢温度控制在1550～1630℃之间，然后兑入LF炉进行精炼及添加微合金元素，不锈钢溶液成分最终调整为：按质量百分比组成为：Cr：24～26 %，Ni：19～21 %，Si：0.3～0.8 %，C：0.02～0.06 %，Mn：1.0～1.5%，W：1.5～2.5%，N≤0.2%，P ≤0.04%，S ≤0.03%，余量为Fe；成分、温度合格后吊包至连铸台，LF炉吊包温度控制在1500～1520℃之间，然后通过连铸机把该不锈钢溶液连铸成厚度160～220mm板坯。

本发明所述的中频炉高碳铬铁钢液含铬量大于50%。

本发明步骤一中，母液出钢成分按质量百分比组成为：C:1.9%、Si:0.3%、P:0.005%、Cr:1.25%、W：4.1%、Ni:30%，余量为Fe。

本发明步骤一中，Consteel电炉出钢温度为1595℃。

本发明步骤一中，AOD炉出钢温度为1570℃。

本发明步骤三中，不锈钢溶液成分的铬镍当量比控制在0.9～1.1之间。

本发明步骤三中，不锈钢溶液成分按质量百分比组成为：C：0.025%、Cr：24.5%、Si：0.45%、Ni：20.1% 、Mn：1.5%、W：2.01、N：0.08%、P：0.018%、S：0.0005%，余量为Fe。

本发明步骤三中，不锈钢溶液成分按质量百分比组成为：Cr：25 %，Ni：201 %，Si：0.55 %，C：0.045 %，Mn：1.25 %，W：2.0 %，N：0.1%，P：0.02%，S：0.015%，余量为Fe。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、Consteel电炉具有连续加料、连续预热、连续熔化、连续冶炼的特点，它具有冶炼周期短、冶炼能耗低、噪音小、投资成本低等优点，并且在炼钢领域是一种具有较强生命力和竞争力的电炉冶炼先进技术，但是采用Consteel电炉冶炼耐高温炉胆用奥氏体不锈钢这种高镍、高铬及含钨不锈钢母液还没有先例，而且冶炼这种高镍、高铬及含钨不锈钢母液时把磷含量控制在0.01以下还是相当困难的。

根据Consteel的冶金特点，本发明通过调整工艺参数不仅能采用Consteel电炉冶炼耐高温炉胆用奥氏体不锈钢母液，而且可以降低电耗、缩短冶炼周期，磷含量控制在0.01%以下。

2、Cr铁素体形成元素，改善材料的耐腐蚀性，提高合金的强度和耐高温氧化性能，适当控制Cr元素的含量有利于控制铬镍当量比，进而有利于控制该双相不锈钢的热加工塑性，本发明中铬的含量控制在24%≤Cr≤26%，优先选24%≤Cr≤25%。

Ni是奥氏体形成元素，镍可以将奥氏体降低范围扩大到低温区，镍可以提高韧性和延展性，使之便于加工、制造和焊接，增强抗酸的腐蚀，保持钝化膜的能力及在腐蚀介质中的抗腐蚀能力，作为优先选20%≤镍≤21%。

C是奥氏体形成元素，一定程度上代替镍，促进奥氏体并稳定奥氏体，当碳含量过高时，以和铬生成碳化铬，不锈钢的耐腐蚀性和韧性恶化,为了确保不锈钢的耐腐蚀性，一般控制在0.02-0.06%，优选选0.02-0.03%。

Si是铁素体形成元素并起到稳定铁素体的作用，也起到脱氧添加剂，改善焊接流动性，硅含量过高时有增加中间相析出的趋势和降低N浓度，优先选0.3%≤Si≤0.60%。

Mn是奥氏体形成元素和稳定奥氏体的作用，在一定程度上可以取代镍，获得奥氏体组织，同时提高氮固溶度，进而提高氮的含量，过高的锰对材料的耐腐蚀形不利，且促进金属相的形成，影响冲击韧性和耐腐蚀性能。锰含量优先选1.0%≤Mn≤1.3%。

W是铁素体形成元素，并且可以提高高温强度和耐高温蠕变性能，但过多加入会造成脆性相的析出，作为优选1.5%≤W≤2.0%。

N是稳定的奥氏体元素，改善钢的耐腐蚀性，改善钢的强度。改善材料的焊接性能，但过高氮含量降低材料的热加工塑性，过低的氮含量又会降低铬的含量，对材料的耐腐蚀性能不利，优先地控制在N≤0.1%。

P是有害元素，偏析在晶界或相界中，对材料的耐腐蚀性和热加工性能不利，优选控制在0.02%以下。

S是有害元素，易和锰形成硫化锰降低材料的热加工性，和钙形成钙硫化物，对抗腐蚀性能有害，优先控制在0.001%以下。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

本发明实施例所述的耐高温炉胆用奥氏体不锈钢按质量百分比组成为：Cr：24～26%，Ni：19～21 %，Si：0.3～0.8 %，C：0.02～0.06 %，Mn：1.0～1.5 %，W：1.5～2.5 %，N≤0.2%，P ≤0.04%，S ≤0.03%，余量为Fe；铬镍当量比控制在0.9～1.1之间。

上述耐高温炉胆用奥氏体不锈钢板坯的制作工艺为：采用Consteel电炉冶炼不锈钢母液，然后和中频炉的不锈钢母液勾兑至AOD炉，通过控制AOD炉进行脱碳、脱硫、成分调整，在到LF炉进行微合金成分调整和微合金添加及温度控制，待合格后吊钢包至连铸进行板坯生产，即制作工艺为：（Consteel+中频炉）→AOD→LF→连铸。

具体步骤如下：

二、采用中频炉冶炼高碳铬铁，并控制中频炉高碳铬铁钢液含铬量大于50%。此处所指的含铬量为铬的质量百分比。

三、将Consteel电炉母液和中频炉高碳铬铁钢液勾兑后兑入AOD炉冶炼，冶炼后出钢温度控制在1550～1630℃之间，然后兑入LF炉进行精炼及添加微合金元素，不锈钢溶液成分最终调整为：按质量百分比组成为：Cr：24～26 %，Ni：19～21 %，Si：0.3～0.8 %，C：0.02～0.06 %，Mn：1.0～1.5%，W：1.5～2.5%，N≤0.2%，P ≤0.04%，S ≤0.03%，余量为Fe；成分、温度合格后吊包至连铸台，LF炉吊包温度控制在1500～1520℃之间，然后通过连铸机把该耐高温炉胆用奥氏体不锈钢溶液连铸成厚度160～220mm板坯。

实施例：

一、Consteel电炉冶炼不锈钢母液，母液出钢成分按质量百分比组成为： C:1.9%、Si:0.3%、P:0.005%、Cr:1.25%、W：4.1、Ni:30%，余量为Fe；出钢温度为1595℃。

二、把成分合格的Consteel母液和中频炉高碳铬铁钢液先后出钢到鸭嘴包内混合，混合后再兑入到AOD炉中进行吹氧脱碳、吹氮，还原期加铝深脱氧及成分调整，出钢温度为1570℃；成分合格后兑入到LF炉进行精炼及微合金加入，不锈钢溶液成分按质量百分比最终调整为：C：0.025%、Cr：24.5%、Si：0.45%、Ni： 20.1% 、Mn：1.5%、W：2.01、N：0.08%、P：0.018%、S：0.0005%，余量为Fe；通过连铸机将该不锈钢溶液连铸成厚度为198mm铸坯。

本发明实施例所述的耐高温炉胆用奥氏体不锈钢的12个实施例（A1～A12）见表1（各组分均为质量百分比）。

表1。

此外，需要说明的是，上述的本发明实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例说明，而并非是对本发明的实施方式的限定，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种耐高温炉胆用奥氏体不锈钢板坯的制作工艺，其特征在于：步骤如下：

二、采用中频炉冶炼高碳铬铁；

2.根据权利要求1所述的耐高温炉胆用奥氏体不锈钢板坯的制作工艺，其特征在于：所述的中频炉高碳铬铁钢液含铬量大于50%。

3.根据权利要求1所述的耐高温炉胆用奥氏体不锈钢板坯的制作工艺，其特征在于：步骤一中，母液出钢成分按质量百分比组成为：C:1.9%、Si:0.3%、P:0.005%、Cr:1.25%、W：4.1%、Ni:30%，余量为Fe。

4.根据权利要求1所述的耐高温炉胆用奥氏体不锈钢板坯的制作工艺，其特征在于：步骤一中，Consteel电炉出钢温度为1595℃。

5.根据权利要求1所述的耐高温炉胆用奥氏体不锈钢板坯的制作工艺，其特征在于：步骤一中，AOD炉出钢温度为1570℃。

6.根据权利要求1所述的耐高温炉胆用奥氏体不锈钢板坯的制作工艺，其特征在于：步骤三中，不锈钢溶液成分的铬镍当量比控制在0.9～1.1之间。

7.根据权利要求1或6所述的耐高温炉胆用奥氏体不锈钢板坯的制作工艺，其特征在于：步骤三中，不锈钢溶液成分按质量百分比组成为：C：0.025%、Cr：24.5%、Si：0.45%、Ni：20.1% 、Mn：1.5%、W：2.01、N：0.08%、P：0.018%、S：0.0005%，余量为Fe。

8.根据权利要求1或6所述的耐高温炉胆用奥氏体不锈钢板坯的制作工艺，其特征在于：步骤三中，不锈钢溶液成分按质量百分比组成为：Cr：25 %，Ni：201 %，Si：0.55 %，C：0.045 %，Mn：1.25 %，W：2.0 %，N：0.1%，P：0.02%，S：0.015%，余量为Fe。