CN107475640B - 一种高持久强度抗蒸汽腐蚀的奥氏体耐热钢的制备方法 - Google Patents

一种高持久强度抗蒸汽腐蚀的奥氏体耐热钢的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种奥氏体耐热钢的制备方法，属于奥氏体耐热钢技术领域。该方法依次包括配料、吹氧脱碳、还原、出钢、钢包精炼、浇铸、开坯与热轧等工艺步骤。本发明钢种SP22/15相比22/15奥氏体耐热钢具有相似的含镍量和含铬量，但具有更好的高温持久强度和抗高温蒸汽腐蚀性，从而使得本发明钢种相比22/15奥氏体耐热钢具有更好的市场前景。本发明可以全面替代22/15奥氏体耐热钢，并且还能适应22/15奥氏体耐热钢不能适应的一些苛刻条件，比如在650℃35MPa的高温高压蒸汽环境下正常工作，并保持良好的冲击韧性。

Description

一种高持久强度抗蒸汽腐蚀的奥氏体耐热钢的制备方法
技术领域
本发明涉及一种奥氏体耐热钢的制备方法，尤其涉及一种高持久强度抗蒸汽腐蚀的奥氏体耐热钢的制备方法。
背景技术
为了提高燃煤的转化效率，耐高热的系统建设就成为了重要的突破口，尤其体现在600℃超超临界锅炉用高温材料的研究。我国于2006年12月第一台600℃超超临界燃煤发电机组投入运行，各项指标均已达到国际先进标准。此后我国大力发展600℃超超临界机组，至今已超过100台机组投产，在世界超超临界燃煤发电机组总量上占绝对优势。
当前，更高设计参数31MPa，600℃/620℃/620℃的高压锅炉已经问世。中国电力顾问集团公司准备开发35MPa等级（32-38MPa），650℃等级（630-670℃）的新型高效超超临界机组。这将更大程度地提高火力发电时燃煤的转化效率。而高持久强度抗蒸汽腐蚀的奥氏体耐热钢就成为了需要重点突破的耐热材料。
而目前广泛使用的三种耐热不锈钢分别是TP347H、Super304H和HR3C。TP347H为18Cr-9Ni-Nb，Super304H为18Cr-9Ni-3Cu-0.5Nb-N，HR3C为25Cr-20Ni-Nb-N。在650℃下累积试验105小时，TP347H、Super304H和HR3C的持久强度分别为89.6Mpa、104MPa和98.1MPa。Super304H在650℃下的持久强度最好，但是在抗氧化腐蚀性能上并不是最优的；HR3C在650℃下的持久强度虽然只有98.1MPa，但它的抗氧化腐蚀性能在这三者中是最好的。也就是目前并没有一种奥氏体耐热钢既具有优异的高温持久强度，又具有优异的耐腐蚀性能，而且现有的奥氏体耐热钢在进行长期高温时效后，冲击韧性显著下降。
授权公告号为CN 103643171B的中国发明专利，公开了一种复合强化22/15铬镍型高强抗蚀奥氏体耐热钢。它的化学成分为：Cr 20~25wt%, Ni 12~18wt%, Cu 2~5wt%, N0.2~0.8wt%, C 0.02~0.10wt%, Nb 0.2~1.0wt%, Si＜1wt%, Mn＜2wt%, S＜0.03wt%, P＜0.03 wt%, B 0.001~0.008wt%, 余量为Fe。该钢种在长期高温时效后仍具有良好的冲击韧性，能用作600℃等级超超临界锅炉过热器/再热器的管道材料；但是在35MPa等级（32-38MPa），650℃等级（630-670℃）或更高等级的高效超超临界机组上并不能适用。
发明内容
本发明要解决上述技术问题，从而提供一种高持久强度抗蒸汽腐蚀的奥氏体耐热钢的制备方法。由本发明方法制得的奥氏体耐热钢不仅具有优异的高温持久强度和优异的抗氧化腐蚀性能，同时在长期时效后冲击韧性也得到良好保持。
本发明解决上述问题的技术方案如下：
一种高持久强度抗蒸汽腐蚀的奥氏体耐热钢的制备方法，包括以下步骤：
（1）配料：根据奥氏体耐热钢的化学成分以及烧损量配备原材料，将原材料装入电弧炉内熔成钢水，加入25~30kg/t的造渣剂进行电弧炉初炼，用还原剂还原钢水中的氧化金属，调整钢水中的Cr含量高于所炼钢种规定的目标值的下限0.30%；钢水温度达到1615℃~1645℃时，钢水出炉；
（2）吹氧脱碳：将电弧炉内已配置好合金的液态高碳钢水兑入AOD/VOD精炼炉进行精炼，钢水温度保持在1580℃以上，初始碳含量在1.35%以上进行吹氧脱碳；补加20~25kg/t的造渣剂进行造渣，并控制温度达到1720℃,当碳低于0.07%时进入下一步骤；
（3）还原：向钢水中加入7~10kg/t硅铁合金进行预还原，当渣中的铬氧化物还原完全后，去除全部预还原渣，重新补加造渣剂，加入1.3~1.7Kg/T的强脱氧剂铝，进行深脱氧与脱硫，加入铌铁进行合金化，使Nb元素达到目标值；
（4）出钢：对已完成脱氧的钢水进行化学成分分析，必要时添加Ni合金或Cr合金等进行Ni、Cr的含量最终调整，吹入氮氩混合气进行控氮，当氮达到目标值时，温度在1580~1620℃，出钢进入LF钢包；
（5）钢包精炼：利用电极化渣与升温，调温到浇铸温度，底吹氩气，弱搅拌，利用弥散型的氩气泡排除钢水中的非金属夹杂物；
（6）浇铸：采用下注法，把LF钢包中的钢水浇铸形成钢锭，钢锭空冷后脱模；
（7）开坯与热轧：把经过表面处理后钢锭通过锻造设备或初轧机进行开坯；开坯后的方坯进行再加热，进行棒材的热轧成型；
所述奥氏体耐热钢的化学组成如下：
Cr 21~24.5wt%, Ni 10~16.5wt%, Cu 2.5~4.0wt%, N 0.18~0.45wt%, C 0.04~0.12wt%, Nb 0.2~1.0wt%, Mo 0.15~0.6wt%, V 0.10~0.45wt%, B 0.001~0.008wt%,Si＜0.8wt%, Mn＜1.5wt%, S＜0.015wt%, P＜0.035wt%, Bi＜0.025wt%, As＜0.025wt%, Pb＜0.025wt%, Sn＜0.025 wt%, Sb＜0.025 wt%,余量为Fe。
作为优选，所述的一种高持久强度抗蒸汽腐蚀的奥氏体耐热钢的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，补加造渣剂造渣时控制渣料中CaO/SiO2的质量分数比大于或等于1.7。
作为优选，步骤（2）中，吹氧脱碳包括三个阶段，第一阶段的氧氩比或氧氮比为3:1，碳含量降至0.5%以下；第二阶段，氧氩比或氧氮比逐步降至2:1，再降至1:1，碳含量降至0.2%~0.3%；第三阶段，氧氩比或氧氮比降至1:3，当碳含量降至≤0.08%时进入还原阶段。
作为优选，所述吹氧脱碳工序中的第一阶段时，加入铁合金、同钢种返回料中的至少一种作为冷却剂，保证熔池温度在1655℃～1665℃之间；所述脱碳工序中的第二阶段时，补加所炼钢种返回料作为冷却剂，保证熔池最高温度不超过1675℃；所述脱碳工序中的第三阶段时，补加所炼钢种返回料作为冷却剂，保证熔池最高温度不超过1720℃。
作为优选，所述吹氧脱碳工序中吹氧流量控制在0.4～0.7 m3/（m·t），吹氧压力控制在0.9～1MPa。
作为优选，所述配料和吹氧脱碳步骤中的造渣剂为石灰，加入量为25～35kg/t；所述预还原步骤中的造渣剂为石灰和萤石，其中石灰10～16kg/t，萤石5～18kg/t；所述出钢步骤中的造渣剂为石灰和萤石，其中石灰20～28kg/t，萤石5～15kg/t。
作为优选，所述出钢步骤的钢水温度始终保持在1720℃以下。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用电弧炉-AOD/VOD-LF的工艺流程，具体地，在脱碳工序中，充分考虑不锈钢冶炼中铬-碳-温度的平衡关系，精确控制吹氧参数，配以合理的氧氩比或氧氮比控制，保证持续时间的快速升温和高温维持，使碳优先氧化，提高了供氧强度，吹氧时间明显缩短，减少铬的烧损，降低终点碳含量；同时精确控制温度，使炉温始终低于1720℃，减少铬的氧化。
2、在预还原期，使用硅铁合金作为脱氧剂和合金剂进行脱氧，因在脱碳工序中合理的工艺参数设置与实施，铬的烧损与渣化明显降低，硅铁合金进行合金元素还原的用量也明显降低，期间要进行渣料补充，硅还原合金元素和渣料补充都是放热反应，减少硅铁合金的用量可以减少热量，减少为避免炉温过热而添加的冷却剂的用量，这不仅可防止炉衬受到严重侵蚀，更重要的是可充分发挥还原剂的作用，使富铬渣还原具有更佳的热力学条件。
3、本技术同时可满足AOD-L炉的冶炼，吹氧升温时，采用侧部吹氧与顶部吹氧相结合的方式，并随着吹氧的不同阶段适时调整顶部氧枪与金属液面的距离，使AOD炉升温更快，减少铬的氧化时间，并保持炉渣良好的流动性；将温度保持在1650℃以上，保持较高的炉温有利于提高脱碳效率，减少还原剂的用量；辅以渣料中CaO/SiO2的质量分数比控制，利用高碱度渣利于脱硫，也减少了后续还原工序所用金属铝的用量；也减少高温下SiO2酸性渣对炉衬耐火砖中MgO的还原反应的进行，减少AOD炉衬的损耗，提高AOD炉炉龄。
4、本发明采用多种纳米相（MX相、NbCrN相、富Cu相）共同析出复合强化的方案，使得本发明钢种Sp22/15具有高温下的高持久强度和耐腐蚀性；本发明采用了铌、钼、钒三种微合金化处理，来细化钢的组织和晶粒，阻止奥氏体加热时的晶粒长大，进一步提高奥氏体耐热钢在高温下的持久强度；同时与之形成相应的稳定化合物，能使钝化膜更致密牢固，进一步提高提高本发明钢种Sp22/15的耐蚀性。
5、本发明是全新设计的一种具有在高温下具有高持久强度的并具有良好耐蒸汽腐蚀性能的奥氏体耐热不锈钢，由于本发明的钢种铬含量在22wt%左右，镍含量在15wt%左右，同时为了跟现有钢种TP347H、Super304H、HR3C、22/15奥氏体耐热钢进行区分，特命名为SP22/15。经检测，现有技术的钢种中，22/15奥氏体耐热钢与本发明钢种SP22/15在综合性能上最为接近，故用22/15奥氏体耐热钢做对比。本发明钢种SP22/15相比22/15奥氏体耐热钢具有相似的含镍量和含铬量，但具有更好的高温持久强度和抗高温蒸汽腐蚀性，从而使得本发明钢种相比22/15奥氏体耐热钢具有更好的市场前景。本发明可以全面替代22/15奥氏体耐热钢，并且还能适应22/15奥氏体耐热钢不能适应的一些苛刻条件，比如在650℃35MPa的高温高压蒸汽环境下正常工作，并保持良好的冲击韧性。
具体实施方式
本具体实施方式仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制。本领域技术人员在阅读了本发明的说明书之后所做的任何改变只要在权利要求书的范围内，都将受到专利法的保护。
实施例一
该实施例中，奥氏体耐热钢的化学成分如下：
Cr 21wt%, Ni 10wt%, Cu 2.5wt%, N 0.18wt%, C 0.04wt%, Nb 0.20wt%,V0.10wt%, Mo 0.15wt%,Si 0.6wt%, Mn 0.8wt%, S＜0.01wt%, P＜0.025 wt%, B0.003wt%, Bi＜0.015wt%, As＜0.015wt%, Pb＜0.015wt%, Sn＜0.015wt%, Sb＜0.015wt%,余量为Fe；且Bi、As、Pb、Sn、Sb五项元素总和＜0.05wt%。
该实施例中，奥氏体耐热钢的制备方法如下：
（1）配料：根据奥氏体耐热钢的化学成分以及烧损量配备原材料，将原材料送入电弧炉熔成钢水，加入25kg/t的造渣剂石灰进行电炉初炼，用还原剂还原钢水中的氧化金属，调整钢水中的Cr含量高于所炼钢种规定的目标值的下限0.30%；钢水温度达到1615℃时，钢水出炉；
（2）吹氧脱碳：将电弧炉内已配置好合金的液态高碳钢水兑入AOD精炼炉进行精炼，钢水温度保持在1580℃以上，初始碳含量在1.35%以上进行吹氧脱碳；补加20kg/t的造渣剂石灰进行造渣，并控制温度达到1720℃，当碳低于0.07%时进入下一步骤；吹氧脱碳包括三个阶段，第一阶段加入铁合金、同钢种返回料中的至少一种作为冷却剂，保证熔池温度在1655℃～1665℃之间，氧氩比或氧氮比为3:1，碳含量降至0.5%以下；第二阶段，补加所炼钢种返回料作为冷却剂，保证熔池最高温度不超过1675℃，氧氩比或氧氮比逐步降至2:1，再降至1:1，碳含量降至0.2%；第三阶段，补加所炼钢种返回料作为冷却剂，保证熔池最高温度不超过1720℃，氧氩比或氧氮比降至1:3，当碳含量降至≤0.08%时进入还原阶段；吹氧流量控制在0.4 m3/（m·t），吹氧压力控制在0.9MPa；
（3）还原：向钢水中加入7kg/t硅铁合金进行预还原，当渣中的铬氧化物还原完全后，去除全部预还原渣，重新补加造渣剂，加入1.3Kg/T的强脱氧剂铝，进行深脱氧与脱硫，加入铌铁进行合金化，使Nb元素达到目标值；该步骤中，造渣剂为石灰和萤石，其中石灰10kg/t，萤石5kg/t；
（4）出钢：对已完成脱氧的钢水进行化学成分分析，必要时添加Ni合金或Cr合金等进行Ni、Cr的含量最终调整，吹入氮氩混合气进行控氮，当氮达到目标值时，温度在1580~1620℃，出钢进入LF钢包；
该步骤中的钢水温度始终保持在1720℃以下；该步骤中的造渣剂为石灰和萤石，其中石灰20kg/t，萤石5kg/t；
（5）钢包精炼：利用电极化渣与升温，调温到浇铸温度，底吹氩气，弱搅拌，利用弥散型的氩气泡排除钢水中的非金属夹杂物；
（6）浇铸：采用下注法，把LF钢包中的钢水浇铸形成钢锭，钢锭空冷后脱模；
（7）开坯与热轧：把经过表面处理后钢锭通过锻造设备或初轧机进行开坯；开坯后的方坯进行再加热，进行棒材的热轧成型。
实施例二
该实施例中，奥氏体耐热钢的化学成分如下：
Cr 23wt%, Ni 15.5wt%, Cu 3.6wt%, N 0.25wt%, C 0.07wt%, Nb 0.50wt%,V0.12wt%, Mo 0.15wt%, Si 0.3wt%, Mn 0.6wt%, S＜0.005wt%, P＜0.025 wt%, B0.002wt%, Bi＜0.015wt%, As＜0.015wt%, Pb＜0.015wt%, Sn＜0.015wt%, Sb＜0.015wt%,余量为Fe。
该实施例中，奥氏体耐热钢的制备方法如下：
（1）配料：根据奥氏体耐热钢的化学成分以及烧损量配备原材料，将原材料送入电弧炉熔成钢水，加入27kg/t的造渣剂石灰进行电炉初炼，用还原剂还原钢水中的氧化金属，调整钢水中的Cr含量高于所炼钢种规定的目标值的下限0.30%；钢水温度达到1625℃时，钢水出炉；
（2）吹氧脱碳：将电弧炉内已配置好合金的液态高碳钢水兑入AOD精炼炉进行精炼，钢水温度保持在1580℃以上，初始碳含量在1.35%以上进行吹氧脱碳；补加22kg/t的造渣剂石灰进行造渣，并控制温度达到1720℃，当碳低于0.07%时进入下一步骤；吹氧脱碳包括三个阶段，第一阶段加入铁合金、同钢种返回料中的至少一种作为冷却剂，保证熔池温度在1655℃～1665℃之间，氧氩比或氧氮比为3:1，碳含量降至0.5%以下；第二阶段，补加所炼钢种返回料作为冷却剂，保证熔池最高温度不超过1675℃，氧氩比或氧氮比逐步降至2:1，再降至1:1，碳含量降至0.2%；第三阶段，补加所炼钢种返回料作为冷却剂，保证熔池最高温度不超过1720℃，氧氩比或氧氮比降至1:3，当碳含量降至≤0.08%时进入还原阶段；吹氧流量控制在0.5 m3/（m·t），吹氧压力控制在0.9MPa；
（3）还原：向钢水中加入7kg/t硅铁合金进行预还原，当渣中的铬氧化物还原完全后，去除全部预还原渣，重新补加造渣剂，加入1.4Kg/T的强脱氧剂铝，进行深脱氧与脱硫，加入铌铁进行合金化，使Nb元素达到目标值；该步骤中，造渣剂为石灰和萤石，其中石灰12kg/t，萤石8kg/t；
（4）出钢：对已完成脱氧的钢水进行化学成分分析，必要时添加Ni合金或Cr合金等进行Ni、Cr的含量最终调整，吹入氮氩混合气进行控氮，当氮达到目标值时，温度在1580~1620℃，出钢进入LF钢包；
该步骤中的钢水温度始终保持在1720℃以下；该步骤中的造渣剂为石灰和萤石，其中石灰23kg/t，萤石7kg/t；
（5）钢包精炼：利用电极化渣与升温，调温到浇铸温度，底吹氩气，弱搅拌，利用弥散型的氩气泡排除钢水中的非金属夹杂物；
（6）浇铸：采用下注法，把LF钢包中的钢水浇铸形成钢锭，钢锭空冷后脱模；
（7）开坯与热轧：把经过表面处理后钢锭通过锻造设备或初轧机进行开坯；开坯后的方坯进行再加热，进行棒材的热轧成型。
实施例三
Cr 22.5wt%, Ni 15wt%, Cu 3.5wt%, N 0.25wt%, C 0.07wt%, Nb 0.45wt%,V0.20wt%, Mo 0.35wt%,Si 0.3wt%, Mn 0.7wt%, S＜0.005wt%, P＜0.025wt%, B0.003wt%, Bi＜0.015wt%, As＜0.015wt%, Pb＜0.015wt%, Sn＜0.015wt%, Sb＜0.015wt%,余量为Fe。
该实施例中，奥氏体耐热钢的制备方法如下：
（1）配料：根据奥氏体耐热钢的化学成分以及烧损量配备原材料，将原材料送入电弧炉熔成钢水，加入28kg/t的造渣剂石灰进行电炉初炼，用还原剂还原钢水中的氧化金属，调整钢水中的Cr含量高于所炼钢种规定的目标值的下限0.30%；钢水温度达到1630℃时，钢水出炉；
（2）吹氧脱碳：将电弧炉内已配置好合金的液态高碳钢水兑入AOD精炼炉进行精炼，钢水温度保持在1580℃以上，初始碳含量在1.35%以上进行吹氧脱碳；补加23kg/t的造渣剂石灰进行造渣，并控制温度达到1720℃，当碳低于0.07%时进入下一步骤；吹氧脱碳包括三个阶段，第一阶段加入铁合金、同钢种返回料中的至少一种作为冷却剂，保证熔池温度在1655℃～1665℃之间，氧氩比或氧氮比为3:1，碳含量降至0.5%以下；第二阶段，补加所炼钢种返回料作为冷却剂，保证熔池最高温度不超过1675℃，氧氩比或氧氮比逐步降至2:1，再降至1:1，碳含量降至0.3%；第三阶段，补加所炼钢种返回料作为冷却剂，保证熔池最高温度不超过1720℃，氧氩比或氧氮比降至1:3，当碳含量降至≤0.08%时进入还原阶段；吹氧流量控制在0.6 m3/（m·t），吹氧压力控制在1.0MPa；
（3）还原：向钢水中加入8kg/t硅铁合金进行预还原，当渣中的铬氧化物还原完全后，去除全部预还原渣，重新补加造渣剂，加入1.5Kg/T的强脱氧剂铝，进行深脱氧与脱硫，加入铌铁进行合金化，使Nb元素达到目标值；该步骤中，造渣剂为石灰和萤石，其中石灰13kg/t，萤石12kg/t；
（4）出钢：对已完成脱氧的钢水进行化学成分分析，必要时添加Ni合金或Cr合金等进行Ni、Cr的含量最终调整，吹入氮氩混合气进行控氮，当氮达到目标值时，温度在1580~1620℃，出钢进入LF钢包；
该步骤中的钢水温度始终保持在1720℃以下；该步骤中的造渣剂为石灰和萤石，其中石灰25kg/t，萤石9kg/t；
（5）钢包精炼：利用电极化渣与升温，调温到浇铸温度，底吹氩气，弱搅拌，利用弥散型的氩气泡排除钢水中的非金属夹杂物；
（6）浇铸：采用下注法，把LF钢包中的钢水浇铸形成钢锭，钢锭空冷后脱模；
（7）开坯与热轧：把经过表面处理后钢锭通过锻造设备或初轧机进行开坯；开坯后的方坯进行再加热，进行棒材的热轧成型。
实施例四
Cr 24wt%, Ni 16wt%, Cu 3.7wt%, N 0.40wt%, C 0.10wt%, Nb 0.8wt%,V0.35wt%, Mo 0.5wt%,Si 0.6wt%, Mn1.0wt%, S＜0.010wt%, P＜0.030wt%, B0.006wt%, Bi＜0.020wt%, As＜0.020wt%, Pb＜0.020wt%, Sn＜0.020wt%, Sb＜0.020wt%,余量为Fe。
该实施例中，奥氏体耐热钢的制备方法如下：
（1）配料：根据奥氏体耐热钢的化学成分以及烧损量配备原材料，将原材料送入电弧炉熔成钢水，加入29kg/t的造渣剂石灰进行电炉初炼，用还原剂还原钢水中的氧化金属，调整钢水中的Cr含量高于所炼钢种规定的目标值的下限0.30%；钢水温度达到1640℃时，钢水出炉；
（2）吹氧脱碳：将电弧炉内已配置好合金的液态高碳钢水兑入AOD精炼炉进行精炼，钢水温度保持在1580℃以上，初始碳含量在1.35%以上进行吹氧脱碳；补加24kg/t的造渣剂石灰进行造渣，并控制温度达到1720℃，当碳低于0.07%时进入下一步骤；吹氧脱碳包括三个阶段，第一阶段加入铁合金、同钢种返回料中的至少一种作为冷却剂，保证熔池温度在1655℃～1665℃之间，氧氩比或氧氮比为3:1，碳含量降至0.5%以下；第二阶段，补加所炼钢种返回料作为冷却剂，保证熔池最高温度不超过1675℃，氧氩比或氧氮比逐步降至2:1，再降至1:1，碳含量降至0.3%；第三阶段，补加所炼钢种返回料作为冷却剂，保证熔池最高温度不超过1720℃，氧氩比或氧氮比降至1:3，当碳含量降至≤0.08%时进入还原阶段；吹氧流量控制在0.7 m3/（m·t），吹氧压力控制在1.0MPa；
（3）还原：向钢水中加入9kg/t硅铁合金进行预还原，当渣中的铬氧化物还原完全后，去除全部预还原渣，重新补加造渣剂，加入1.6Kg/T的强脱氧剂铝，进行深脱氧与脱硫，加入铌铁进行合金化，使Nb元素达到目标值；该步骤中，造渣剂为石灰和萤石，其中石灰15kg/t，萤石16kg/t；
（4）出钢：对已完成脱氧的钢水进行化学成分分析，必要时添加Ni合金或Cr合金等进行Ni、Cr的含量最终调整，吹入氮氩混合气进行控氮，当氮达到目标值时，温度在1580~1620℃，出钢进入LF钢包；
该步骤中的钢水温度始终保持在1720℃以下；该步骤中的造渣剂为石灰和萤石，其中石灰27kg/t，萤石12kg/t；
（5）钢包精炼：利用电极化渣与升温，调温到浇铸温度，底吹氩气，弱搅拌，利用弥散型的氩气泡排除钢水中的非金属夹杂物；
（6）浇铸：采用下注法，把LF钢包中的钢水浇铸形成钢锭，钢锭空冷后脱模；
（7）开坯与热轧：把经过表面处理后钢锭通过锻造设备或初轧机进行开坯；开坯后的方坯进行再加热，进行棒材的热轧成型。
实施例五
Cr 24.5wt%, Ni 16.5wt%, Cu 4wt%, N 0.45wt%, C 0.12wt%, Nb1.0wt%,V0.45wt%, Mo 0.6wt%, Si 0.7wt%, Mn1.3wt%, S＜0.015wt%, P＜0.035 wt%, B0.008wt%, Bi＜0.025wt%, As＜0.025wt%, Pb＜0.025wt%, Sn＜0.025wt%, Sb＜0.025wt%,余量为Fe。
该实施例中，奥氏体耐热钢的制备方法如下：
（1）配料：根据奥氏体耐热钢的化学成分以及烧损量配备原材料，将原材料送入电弧炉熔成钢水，加入30kg/t的造渣剂石灰进行电炉初炼，用还原剂还原钢水中的氧化金属，调整钢水中的Cr含量高于所炼钢种规定的目标值的下限0.30%；钢水温度达到1645℃时，钢水出炉；
（2）吹氧脱碳：将电弧炉内已配置好合金的液态高碳钢水兑入AOD精炼炉进行精炼，钢水温度保持在1580℃以上，初始碳含量在1.35%以上进行吹氧脱碳；补加25kg/t的造渣剂石灰进行造渣，并控制温度达到1720℃，当碳低于0.07%时进入下一步骤；吹氧脱碳包括三个阶段，第一阶段加入铁合金、同钢种返回料中的至少一种作为冷却剂，保证熔池温度在1655℃～1665℃之间，氧氩比或氧氮比为3:1，碳含量降至0.5%以下；第二阶段，补加所炼钢种返回料作为冷却剂，保证熔池最高温度不超过1675℃，氧氩比或氧氮比逐步降至2:1，再降至1:1，碳含量降至0.3%；第三阶段，补加所炼钢种返回料作为冷却剂，保证熔池最高温度不超过1720℃，氧氩比或氧氮比降至1:3，当碳含量降至≤0.08%时进入还原阶段；吹氧流量控制在0.7 m3/（m·t），吹氧压力控制在1.0MPa；
（3）还原：向钢水中加入10kg/t硅铁合金进行预还原，当渣中的铬氧化物还原完全后，去除全部预还原渣，重新补加造渣剂，加入1.7Kg/T的强脱氧剂铝，进行深脱氧与脱硫，加入铌铁进行合金化，使Nb元素达到目标值；该步骤中，造渣剂为石灰和萤石，其中石灰16kg/t，萤石18kg/t；
（4）出钢：对已完成脱氧的钢水进行化学成分分析，必要时添加Ni合金或Cr合金等进行Ni、Cr的含量最终调整，吹入氮氩混合气进行控氮，当氮达到目标值时，温度在1580~1620℃，出钢进入LF钢包；
该步骤中的钢水温度始终保持在1720℃以下；该步骤中的造渣剂为石灰和萤石，其中石灰28kg/t，萤石15kg/t；
（5）钢包精炼：利用电极化渣与升温，调温到浇铸温度，底吹氩气，弱搅拌，利用弥散型的氩气泡排除钢水中的非金属夹杂物；
（6）浇铸：采用下注法，把LF钢包中的钢水浇铸形成钢锭，钢锭空冷后脱模；
（7）开坯与热轧：把经过表面处理后钢锭通过锻造设备或初轧机进行开坯；开坯后的方坯进行再加热，进行棒材的热轧成型。
对比例一
该例为HR3C钢种，具体成分如下：
Cr 25wt%, Ni 20wt%, N 0.20wt%, C 0.06wt%, Nb 0.45wt%, Si0.4wt%,Mn1.2wt%, S＜0.01wt%, P＜0.03wt%,还包括一些不可避免的杂质；余量为Fe。
该对比例的奥氏体耐热钢采用常规的铬镍不锈钢的冶炼方法制造，尤其是在出钢后直接浇铸成钢坯。
对比例二
该例为Super304H钢种，具体成分如下：
Cr 18wt%, Ni 9wt%, Cu3 wt%,Nb 0.5wt%, N 1.0wt%,还包括一些不可避免的杂质；余量为Fe。
该对比例的奥氏体耐热钢采用常规的铬镍不锈钢的冶炼方法制造，尤其是在出钢后直接浇铸成钢坯。
对比例三
该例为TP347H钢种，具体成分如下：
Cr 18wt%, Ni 9wt%, Nb1.0wt%，还包括一些不可避免的杂质；余量为Fe。
该对比例的奥氏体耐热钢采用常规的铬镍不锈钢的冶炼方法制造，尤其是在出钢后直接浇铸成钢坯。
对比例四
该例为22/15钢种，具体成分如下：
Cr 22.7wt%, Ni 14.4wt%, Cu3 .33wt%,Nb 0.42wt%,C 0.045wt%, N 0.20wt%,Mn1.2wt%, Si 0.64wt%, P0.009wt%,S＜0.003wt%, B 0.003wt%,还包括一些不可避免的杂质；余量为Fe。
该对比例的奥氏体耐热钢采用常规的铬镍不锈钢的冶炼方法制造，尤其是在出钢后直接浇铸成钢坯。
下表为持久性能数据（650℃）
从上表可以看出，本发明钢种SP22/15与三种商用钢相比具有非常优异的持久性能数据，相比22/15也有一定的优势。
上述四种现有钢中，以22/15的综合性能为最佳。下表为本发明钢种SP22/15与22/15经650℃/1000h长期时效后冲击功（J）的比较
从上表可以看出，本发明钢种SP22/15与现有钢22/15相比，在650℃的高温，35MPa的蒸汽压力下，本发明钢种SP22/15经长期高温时效后仍能保持相当高的冲击韧性，相比22/15钢具有一定的优势。

Claims (6)

1.一种高持久强度抗蒸汽腐蚀的奥氏体耐热钢的制备方法，包括以下步骤：
（1）配料：根据奥氏体耐热钢的化学成分以及烧损量配备原材料，将原材料装入电弧炉内熔成钢水，加入25~30kg/t的造渣剂进行电弧炉初炼，用还原剂还原钢水中的氧化金属，调整钢水中的Cr含量高于所炼钢种规定的目标值的下限0.30%；钢水温度达到1615℃~1645℃时，钢水出炉；
（2）吹氧脱碳：将电弧炉内已配置好合金的液态高碳钢水兑入AOD/VOD精炼炉进行精炼，钢水温度保持在1580℃以上，初始碳含量在1.35%以上进行吹氧脱碳；补加20~25kg/t的造渣剂进行造渣，并控制温度达到1720℃，当碳低于0.07%时进入下一步骤；
（3）还原：向钢水中加入7~10kg/t硅铁合金进行预还原，当渣中的铬氧化物还原完全后，去除全部预还原渣，重新补加造渣剂，加入1.3~1.7kg /t 的强脱氧剂铝，进行深脱氧与脱硫，加入铌铁进行合金化，使Nb元素达到目标值；
（4）出钢：对已完成脱氧的钢水进行化学成分分析，添加Ni合金或Cr合金进行Ni、Cr的含量最终调整，吹入氮氩混合气进行控氮，当氮达到目标值时，温度在1580~1620℃，出钢进入LF钢包；
（5）钢包精炼：利用电极化渣与升温，调温到浇铸温度，底吹氩气，弱搅拌，利用弥散型的氩气泡排除钢水中的非金属夹杂物；
（6）浇铸：采用下注法，把LF钢包中的钢水浇铸形成钢锭，钢锭空冷后脱模；
（7）开坯与热轧：把经过表面处理后的钢锭通过锻造设备或初轧机进行开坯；开坯后的方坯进行再加热，进行棒材的热轧成型；
所述奥氏体耐热钢的化学组成如下：
Cr 21~24.5wt%, Ni 10~16.5wt%, Cu 2.5~4.0wt%, N 0.18~0.45wt%, C 0.04~0.12wt%, Nb 0.2~1.0wt%, Mo 0.15~0.6wt%, V 0.10~0.45wt%, B 0.001~0.008wt%,Si＜0.8wt%, Mn＜1.5wt%, S＜0.015wt%, P＜0.035wt%, Bi＜0.025wt%, As＜0.025wt%, Pb＜0.025wt%, Sn＜0.025 wt%, Sb＜0.025 wt%,余量为Fe；
步骤（2）中，吹氧脱碳包括三个阶段，第一阶段的氧氩比或氧氮比为3:1，碳含量降至0.5%以下；第二阶段，氧氩比或氧氮比逐步降至2:1，再降至1:1，碳含量降至0.2%~0.3%；第三阶段，氧氩比或氧氮比降至1:3，当碳含量降至≤0.08%时进入还原阶段。
2.根据权利要求1所述的一种高持久强度抗蒸汽腐蚀的奥氏体耐热钢的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，补加造渣剂控制渣料中CaO/SiO2的质量分数比大于或等于1.7。
3.根据权利要求1所述的一种高持久强度抗蒸汽腐蚀的奥氏体耐热钢的制备方法，其特征在于：所述吹氧脱碳工序中的第一阶段时，加入铁合金、同钢种返回料中的至少一种作为冷却剂，保证熔池温度在1655℃～1665℃之间；所述脱碳工序中的第二阶段时，补加所炼钢种返回料作为冷却剂，保证熔池最高温度不超过1675℃；所述脱碳工序中的第三阶段时，补加所炼钢种返回料作为冷却剂，保证熔池最高温度不超过1720℃。
4.根据权利要求1所述的一种高持久强度抗蒸汽腐蚀的奥氏体耐热钢的制备方法，其特征在于：所述吹氧脱碳工序中吹氧流量控制在0.4～0.7 m3/（m·t），吹氧压力控制在0.9～1MPa。
5.根据权利要求1所述的一种高持久强度抗蒸汽腐蚀的奥氏体耐热钢的制备方法，其特征在于：所述配料和吹氧脱碳步骤中的造渣剂为石灰，加入量为25～35kg/t；所述预还原步骤中的造渣剂为石灰和萤石，其中石灰10～16kg/t，萤石5～18kg/t；所述出钢步骤中的造渣剂为石灰和萤石，其中石灰20～28kg/t，萤石5～15kg/t。
6.根据权利要求1所述的一种高持久强度抗蒸汽腐蚀的奥氏体耐热钢的制备方法，其特征在于：所述出钢步骤的钢水温度始终保持在1720℃以下。
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