CN107354390A - 一种无镍低氮铁素体不锈钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无镍低氮铁素体不锈钢及其制备方法。以质量百分比计，该无镍低氮铁素体不锈钢包括以下元素组分：C≤0.025％，Si≤0.3％，S≤0.004％，N≤0.025％，20.5％≤Cr≤22.0％，Al≤0.15％，0.2％≤Ti≤0.35％，余量为Fe及其他不可避免的元素，碳元素和氮元素的总含量≤0.03％。该制备方法AOD精炼时采用惰性气体作业；在AOD精炼结束后，采用钢渣混出方式向钢包出钢，钢渣全面覆盖在钢水表面；在进行钢包处理前，拔除钢包中的钢渣，同时向钢包中间断性地投入生石灰粉，生石灰粉全面覆盖钢包的钢水表面；钢包处理结束后，进行连铸浇铸，制得无镍低氮铁素体不锈钢。

Description

一种无镍低氮铁素体不锈钢及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金领域不锈钢冶炼控制技术，具体涉及一种无镍低氮铁素体不锈钢及其制备方法。
背景技术
445NF不锈钢为极低C+N，高Cr，低Si，低P无Ni含Ti及添加少量稀土元素Nb铁素体不锈钢。因极低C+N控制要求，国内一般采用EAF+VOD工艺冶炼，冶炼周期大，生产性低，冶炼成本高。因445NF不锈钢为含Ti钢种，要求稳定化的Ti/(C+N)比，且要求Ti/(C+N)≥8.0，当钢水中含N高时，含Ti量比例也要相应提高，这会导致钢水浇铸时有TiN等夹杂物析出，影响不锈钢的品质。且因钢种为低Si钢种，因此需要采用轻脱氧，导致要求素钢的含S高后再进行吹炼作业，该工艺在VOD冶炼条件下不会造成熔钢吸氮增氮影响，但是在AOD炉作业时存在吸氮增氮问题。
解决上述生产性低问题的关键在于：采用EAF+AOD双联工艺时，需要确保AOD熔钢的脱氮能力，降低素钢N含量，同时在低Si成分控制要求条件下确保熔钢脱S能力，避免S高再吹炼作业导致熔钢吸氮增氮进而导致素钢含氮高、降低TiN析出温度，因此采用EAF+AOD双联工艺时，需要确保在连铸过程中尽量少的产生TiN夹杂。因此采用EAF+AOD冶炼工艺中，如何控制素钢C和N含量的最小化是急需解决的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无镍低氮铁素体不锈钢及其制备方法。该制备方法能够有效解决EAF+AOD冶炼工艺中钢水C含量和N含量的控制问题，降低钢水浇铸时TiN夹杂析出问题。
为了达到前述的发明目的，本发明提供一种无镍低氮铁素体不锈钢，以质量百分比计，所述无镍低氮铁素体不锈钢包括以下元素组分：C≤0.025％，Si≤0.3％，S≤0.004％，N≤0.025％，20.5％≤Cr≤22.0％，Al≤0.15％，0.2％≤Ti≤0.35％，余量为Fe及其他不可避免的元素，
其中，碳元素和氮元素的总含量(C+N)≤0.03％。
在上述无镍低氮铁素体不锈钢中，优选地，以质量百分比计，所述无镍低氮铁素体不锈钢包括以下元素组分：C：0.0115％，Si：0.07％，S：0.0019％(19ppm)，N：0.0109％，Cr：20.6％，Al：0.09％，Ti：0.241％，余量为Fe及其他不可避免的元素。
在上述无镍低氮铁素体不锈钢中，优选地，所述无镍低氮铁素体不锈钢还包括Nb元素，以质量百分比计，所述Nb元素的含量为0.06％-0.10％。
在上述无镍低氮铁素体不锈钢中，优选地，以质量百分比计，所述无镍低氮铁素体不锈钢包括以下元素组分：C：0.0115％，Si：0.07％，S：0.0019％(19ppm)，N：0.0109％，Cr：20.6％，Al：0.09％，Ti：0.241％，Nb：0.0814％(814ppm)，余量为Fe及其他不可避免的元素。
在上述无镍低氮铁素体不锈钢中，优选地，以质量百分比计，所述无镍低氮铁素体不锈钢的原料包括以下元素组分：C≥3.5％，1.0％≤Si≤2.0％，P≤0.03％，S≤0.04％，余量为Fe及其他不可避免的元素。
在上述无镍低氮铁素体不锈钢中，优选地，所述原料还包括Fe-Nb合金和/或Fe-Ti合金，所述Nb元素质量为所述Fe-Nb合金质量的60％-70％，所述Ti元素质量为所述Fe-Ti合金质量的98％-99％。
本发明还提供上述无镍低氮铁素体不锈钢的制备方法，其包括配料、电炉粗炼、AOD精炼、钢包处理和连铸浇铸步骤，其中，
所述AOD精炼采用惰性气体作业；
在所述AOD精炼结束后，采用钢渣混出方式向钢包出钢，钢渣全面覆盖在钢水表面；
在进行钢包处理前，拔除所述钢包中的钢渣，同时向所述钢包中间断性地投入生石灰粉，所述生石灰粉全面覆盖所述钢包的钢水表面；
钢包处理结束后，进行连铸浇铸，制得无镍低氮铁素体不锈钢。
在上述制备方法中，优选地，所述惰性气体为Ar，以所述AOD精炼炉中的钢水质量计，所述惰性气体的吹入量为40Nm3/ton-50Nm3/ton；在进行钢包处理前，以所述钢包中钢水的质量计，所述生石灰粉的投入量为1.5kg/ton-3.0kg/ton。
上述制备方法，AOD精炼采用全惰性气体作业，并保证熔钢内充分的吹Ar量，通过吹Ar量保证熔钢的脱氮能力，同时采用钢渣混出的方式出钢，钢水表面的钢渣可以有效地覆盖在钢水表面，防止钢水裸露在空气中快速吸氮导致最后钢种中含氮增加大；经过AOD精炼的钢水通过钢包车吊送到钢包处理站，在进行Al脱氧、Ti含量调整及温度调整等钢包处理前，拔除钢水表面的钢渣，同时，在扒渣过程中间断性地投入少量生石灰粉，生石灰粉的投入量以覆盖整个钢水表面为宜，约1.5kg/ton-3.0kg/ton量，以有效防止熔钢裸露接触空气吸氮增氮。
在上述制备方法中，优选地，所述电炉粗炼采用EAF粗炼，所述EAF粗炼后出汤的钢水中C元素含量≥2.0％，Si元素含量≤0.3％。
在上述制备方法中，进行所述AOD精炼的初始钢水中的C含量≥2.0％。当所述初始钢水中的C含量＜2.0％时，在所述AOD精炼过程中添加焦碳粉，使所述初始钢水中的C含量≥2.0％。
在上述制备方法中，优选地，在所述AOD精炼过程中，钢水中的C含量≤0.005％后采用低碳还原剂还原；
更优选地，所述低碳还原剂包括Fe-Si还原剂，以所述AOD精炼钢水的总质量计，所述Fe-Si还原剂中Si元素的投入量≥0.2％。钢水中的还原Si含量高时，采用吹氧脱Si处理，以控制素钢中的Si含量。
在上述制备方法中，优选地，所述AOD精炼过程中，采用第一低碳冷却剂和/或低锰冷却剂进行冷却；所述第一低碳冷却剂中的C含量为0.01％-0.02％，所述低锰冷却剂中的C含量≤0.05％。当钢水中的S含量≤0.004％时，所述AOD精炼完成。
在上述制备方法中，优选地，所述钢包处理包括低熔点覆盖剂投入、钢水脱氧、合金投入、其他成分调整、温度调整和钙处理；
其中，以质量百分比计，所述低熔点覆盖剂包括CaO 50％-55％，Al2O3 45％-50％，SiO2 1.0％-5.0％、MgO≤5.0％，余量为不可避免的成分，
所述钢水脱氧的脱氧剂包括Al，
所述合金投入的合金包括Fe-Nb合金和/或Fe-Ti合金，
所述钙处理采用钙线处理，所述钙线中的钙含量为16.2％，
以钢水质量计，所述低熔点覆盖剂的用量为1.5kg/ton-2.0kg/ton，所述脱氧剂的用量为1.3kg/ton-2.0kg/ton，所述Fe-Nb合金的用量为1.8kg/ton-2kg/ton，所述Fe-Ti合金的用量为2.0kg/ton-3.0kg/ton，所述钙线的用量为1.3kg/ton-1.5kg/ton。上述脱氧剂、合金及钙剂的用量根据具体工艺需要调整，所述其他成分调整和温度调整采用本领域常规方法。
在上述制备方法中，优选地，所述钢包处理中，采用第二低碳冷却剂和/或低锰冷却剂进行冷却，所述第二低碳冷却剂中的C含量≤0.01％。钢包处理完后用钢包车吊送至浇铸平台进行浇铸，制得无镍低氮铁素体不锈钢。上述第一低碳冷却剂和第二低碳冷却剂均为400系冷却剂。
上述制备方法，通过采用低碳还原剂、低碳冷却剂，有效降低了素钢中的C含量；同时采用熔钢吹Ar和钢渣混出，保证了AOD精炼的脱氮能力，实现了吸氮增氮最小化控制，从而降低了TiN的析出温度，确保在连铸铸过程中尽量少的产生TiN夹杂，有效降低了素钢中的N含量。
本发明提供的制备方法，有效地解决了EAF+AOD联合冶炼工艺中钢水C含量和N含量的控制问题，降低钢水浇铸时TiN夹杂析出问题，提高了不锈钢的品质，提高了生产性，打破了445NF低镍不锈钢对EAF+VOD工艺的限制，为实现无镍、低氮、低碳不锈钢的大规模开发生产提供了思路。
附图说明
图1是实施例1中生产无镍、低氮、低碳不锈钢的工艺流程图；
图2是实施例1中的钢包处理工艺流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种生产无镍、低氮、低碳445NF熔钢的生产方法，其包括以下步骤(主要工艺流程图见图1)：
依次进行配料、电炉粗炼和AOD精炼步骤；选用的配料包括以下组分，C含量为4.35％，Si含量为1.33％，S为0.035％，Cr为20％，余量为Fe及其他不可避免的元素；配料采用EAF粗炼，EAF粗炼后扒渣、出汤，出汤的钢水中C元素含量为2.65％，Si含量为0.3％，S含量为0.03％，Cr含量为19.9％，余量为Fe及其他不可避免的元素；
将出汤后的钢水装入熔炉中进行AOD精炼，精炼过程中，采用全Ar作业，以钢水质量计，Ar吹入量为40Nm3/ton-50Nm3/ton，脱C期对熔钢中的C含量取样分析确认，当钢水中的C含量≤0.005％后采用Fe-Si还原剂进行还原，以AOD精炼钢水的总质量计，Fe-Si还原剂中Si元素的投入量≥0.2％，当钢水中的还原Si含量高时，采用Ar进行吹Si处理，以控制素钢中的Si含量；同时，在精炼过程中，采用400系第一低碳冷却剂和低锰冷却剂进行冷却，该400系第一低碳冷却剂中的C含量为0.01％-0.05％，该低锰冷却剂中的C含量≤0.05％；当钢水中的S含量≤0.004％时，AOD精炼完成，进行钢渣混出的方式向钢包出钢，钢渣全面覆盖在钢水表面；
该钢包通过钢包车吊送至钢包处理站，拔除钢水表面的钢渣，在扒渣过程中，间断性地投入少量石灰粉，防止熔钢裸露接触空气吸氮增氮，石灰粉投入量以覆盖整个表面为宜，约1.5-3.0kg/Ton量，然后进行钢包处理(如图2所示)：投入低熔点覆盖剂、投入Al进行脱氧、投入Fe-Nb、Fe-Ti合金进行Ti含量及Nb含量调整，投入钙线进行钙处理，同时调整温度，其中，低熔点覆盖剂的成分包括CaO 45％-55％，Al2O3 45％-50％，SiO2 1.0％-2.0％、MgO≤1％，用量为1.8kg/ton-2kg/ton，脱氧剂Ai的用量为1.3kg/ton-2.0kg/ton，Fe-Nb合金的用量为1.8kg/ton-2kg/ton，Fe-Ti合金的用量为2.0kg/ton-3.0kg/ton，钙线的钙含量为16.2％，钙线的用量为1.3kg/ton-1.5kg/ton；钢包处理中，采用400系第二低碳冷却剂和低锰冷却剂进行冷却，该400系第二低碳冷却剂中的C含量≤0.01％；
钢包处理结束后，用钢包车吊送至浇铸平台进行浇铸，表1为本实施例445NF熔钢生产过程中的成分控制要求及生产过程中获得的检测数据。
本实施例制得的无镍、低氮、低碳445NF熔钢的C含量为0.0115％，Si含量为0.07％，S含量为0.0019％，N含量为0.0109％，Cr含量为20.6％，Al含量为0.09％，Ti含量为0.241％，Nb含量为0.0814％，余量为Fe及不可避免的元素。
本实施例无镍、低氮、低碳445NF熔钢的生产方法，保证了AOD的脱氮能力和吸氮增氮最小化控制，有效地降低TiN的析出温度，减少TiN夹杂的析出，提高了不锈钢的品质，提高了生产性，打破了445NF对EAF+VOD工艺的限制。提供的无镍低氮铁素体不锈钢的其制备方法，有效解决EAF+AOD冶炼工艺中钢水C含量和N含量的控制问题，降低钢水浇铸时TiN夹杂析出问题，提高了不锈钢的品质，提高了生产性，打破了445NF节镍不锈钢对EAF+VOD工艺的限制，为实现无镍、低氮、低碳不锈钢的大规模开发生产提供了思路。
表1

Claims (10)

1.一种无镍低氮铁素体不锈钢，其特征在于：以质量百分比计，所述无镍低氮铁素体不锈钢包括以下元素组分：C≤0.025％，Si≤0.3％，S≤0.004％，N≤0.025％，20.5％≤Cr≤22.0％，Al≤0.15％，0.2％≤Ti≤0.35％，余量为Fe及其他不可避免的元素，其中，碳元素和氮元素的总含量≤0.03％。
2.根据权利要求1所述的无镍低氮铁素体不锈钢，其特征在于：以质量百分比计，所述无镍低氮铁素体不锈钢包括以下元素组分：C：0.0115％，Si：0.07％，S：0.0019％，N：0.0109％，Cr：20.6％，Al：0.09％，Ti：0.241％，余量为Fe及其他不可避免的元素。
3.根据权利要求1或2所述的无镍低氮铁素体不锈钢，其特征在于：所述无镍低氮铁素体不锈钢还包括Nb元素，以质量百分比计，所述Nb元素的含量为0.06％-0.1％；
优选地，所述Nb元素的含量为0.0814％。
4.根据权利要求1所述的无镍低氮铁素体不锈钢，其特征在于：以质量百分比计，所述无镍低氮铁素体不锈钢的原料包括以下元素组分：C≥3.5％，1.0％≤Si≤2.0％，P≤0.03％，S≤0.04％，余量为Fe及其他不可避免的元素；
优选地，所述原料还包括Fe-Nb合金和/或Fe-Ti合金，所述Nb元素质量为所述Fe-Nb合金质量的60％-70％，所述Ti元素质量为所述Fe-Ti合金质量的98％-99％。
5.权利要求1-4任一项所述无镍低氮铁素体不锈钢的制备方法，其包括配料、电炉粗炼、AOD精炼、钢包处理和连铸浇铸步骤，其中，
所述AOD精炼采用惰性气体作业；
在所述AOD精炼结束后，采用钢渣混出方式向钢包出钢，钢渣全面覆盖在钢水表面；
在进行钢包处理前，拔除所述钢包中的钢渣，同时向所述钢包中间断性地投入生石灰粉，所述生石灰粉全面覆盖所述钢包的钢水表面；
钢包处理结束后，进行连铸浇铸，制得无镍低氮铁素体不锈钢。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为Ar，以所述AOD精炼炉中的钢水质量计，所述惰性气体的吹入量为40Nm3/ton-50Nm3/ton；在进行钢包处理前，以所述钢包中钢水的质量计，所述生石灰粉的投入量为1.5kg/ton-3.0kg/ton。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述电炉粗炼为EAF粗炼，所述EAF粗炼后出汤的钢水中C元素含量≥2.0％，Si元素含量≤0.3％；
优选地，进行所述AOD精炼的初始钢水中的C含量≥2.0％。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述AOD精炼过程中，钢水中的C含量≤0.005％后采用低碳还原剂还原；
优选地，所述低碳还原剂包括Fe-Si还原剂，以所述AOD精炼钢水的总质量计，所述Fe-Si还原剂中Si元素的投入量≥0.2％。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述AOD精炼过程中，采用第一低碳冷却剂和/或低锰冷却剂进行冷却；
所述第一低碳冷却剂中的C含量为0.01％-0.02％，所述低锰冷却剂中的C含量≤0.05％。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述钢包处理包括低熔点覆盖剂投入、钢水脱氧、合金投入、其他成分调整、温度调整和钙处理；
其中，以质量百分比计，所述低熔点覆盖剂包括CaO 50％-55％，Al2O3 45％-50％，SiO21.0％-5.0％、MgO≤5.0％，余量为不可避免的成分，
所述钢水脱氧的脱氧剂包括Al，
所述合金投入的合金包括Fe-Nb合金和/或Fe-Ti合金，
所述钙处理采用钙线处理，所述钙线中的钙含量为16.2％，
以钢水质量计，所述低熔点覆盖剂的用量为1.5kg/ton-2.0kg/ton，所述脱氧剂的用量为1.3kg/ton-2.0kg/ton，所述Fe-Nb合金的用量为1.8kg/ton-2kg/ton，所述Fe-Ti合金的用量为2.0kg/ton-3.0kg/ton，所述钙线的用量为1.3kg/ton-1.5kg/ton；
优选地，所述钢包处理中，采用第二低碳冷却剂和/或低锰冷却剂进行冷却，所述第二低碳冷却剂中的C含量≤0.01％。
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