CN107904352A - 一种高氮马氏体不锈钢的冶炼方法 - Google Patents

一种高氮马氏体不锈钢的冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于冶炼技术领域，主要涉及一种高氮马氏体不锈钢的冶炼方法，本发明采用氩氧脱碳炉(AOD)+钢包精炼炉(LF)控制钢液氮含量的工艺方法；钢水中各成分控制的百分比为得到钢液中化学成分的质量百分比：C为0.150‑0.450%，Si为0.400‑0.800%，Mn为0.400‑0.800%，P为≤0.020%，S为≤0.001%，Ni为≤0.250%，Cr为12.000‑14.000%，Cu为≤0.250%，N为0.080‑0.150%，余量为Fe。本发明提供可稳定冶炼生产过程、降低冶炼成本，并有效提高板材产品淬火后强度性能，实现了氮气、氩气的高利用率，AOD炉脱碳过程中氮气代替氩气，降低了高成本氩气的消耗量，LF精炼炉底吹氮气稳定控氮工艺有效避免AOD炉重复吹氮、吹氩影响生产周期及AOD炉龄的问题。

Description

一种高氮马氏体不锈钢的冶炼方法
技术领域
本发明属于冶炼技术领域，主要涉及一种高氮马氏体不锈钢的冶炼方法。
背景技术
马氏体不锈钢在民品用途中以餐具、刀具为主，要求较强的切削能力和耐磨损能力、耐腐蚀性能，目前主要钢种为SUS420J1（20Cr13）、30Cr13、4Cr13、5Cr15MoV、等。氮元素在马氏体、奥氏体、双相系列不锈钢均作为合金化元素，通过固溶强化、析出强化等有效提高产品强度性能，同时也提高奥氏体、双相不锈钢系列耐晶间腐蚀、耐点蚀等腐蚀的能力。
含氮不锈钢冶炼通常以AOD炉吹氮、吹氩以达到钢液中氮含量的要求。依据钢液溶解氮、脱氮原理，建立相关模型，通过冶炼前期所需的吹氮气时间及后期吹氩脱氮时间，控制终点氮含量。由于钢液中氮含量受到钢液温度、化学成分、转炉炉况等诸多影响，AOD炉冶炼高氮不锈钢易出现反复吹氮增氮、吹氩脱氮情况，增加能源消耗，不利于AOD转炉寿命，降低生产效率。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题及不足，本发明提供一种高氮马氏体不锈钢的冶炼方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高氮马氏体不锈钢的冶炼方法，该方法按照下述步骤进行：
步骤1：脱磷转炉冶炼：采用转炉顶吹氧枪、底吹氮气搅拌脱除高炉铁水中的Si、P、C、Mn元素，脱磷后的铁水中按照质量百分比，Si为＜0.150%,C为2.000-4.000%、P为＜0.010%、Mn为0.200-0.500%,余量为Fe；
步骤2：AOD炉冶炼：将步骤1中处理后的铁水兑入到AOD炉进行吹氧脱碳，吹氧脱碳过程中侧吹风枪环缝喷吹氮气，使钢液中氮含量的质量百分比为钢液总质量的0.150-0.200%，钢液还原、脱硫阶段进行吹氩搅拌，氩气体流量80～120Nm3/min，吹氩脱氮率按1:1.4-1.8，时间为5-10min；
步骤3：LF精炼：AOD炉出钢扒渣后进LF精炼炉，LF精炼炉进站温度为1520℃-1600℃，吹氩搅拌，氩气流量控制在200-500L/min；对钢液测温取样后，加入造渣料，满足炉渣碱度＞2.20；采用石墨电极通电化渣，渣料完全熔化，氩气强底吹搅拌10-12min；根据所取试样化学成分检测结果，调整钢液成分，底吹氮气并控制氮气流量在300-600L/min，钢液氮含量每分钟增加量为钢液总质量的0.002-0.005%；得到钢液中化学成分的质量百分比：C为0.150-0.450%，Si为0.400-0.800%，Mn为0.400-0.800%，P为≤0.020%，S为≤0.001%，Ni为≤0.250%，Cr为12.000-14.000%，Cu为≤0.250%，N为0.080-0.150%，余量为Fe；
步骤4：连铸：将钢液运至连铸平台进行浇铸,得到所述马氏体不锈钢铸坯产品。
进一步的，步骤2中的AOD炉内温度大于1300℃进行吹氧脱碳。
进一步的，步骤2中的钢液还原时先完成氩-氧、氩-氮气体切换。
进一步的，步骤2中的钢液还原、脱硫阶段后钢液中的氮含量为钢液总质量的0.050-0.080%。
进一步的，步骤3中出钢扒渣时渣厚200-500mm。
进一步的，步骤3中通过底吹氮气调整钢液氮含量至目标值。
进一步的，步骤3中加入的造渣料为铝丸、石灰和萤石中的一种或几种的组合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明首先由于AOD炉吹氧脱碳过程全程吹氮，其次氩气搅拌还原、脱硫阶段的同时脱氮至目标值以下，然后LF精炼炉根据试样化学成分底吹氮气增加钢液氮含量；实现了氮气、氩气的高利用率，AOD炉脱碳过程氮气代替氩气，降低了高成本氩气的消耗量，LF精炼炉底吹氮气稳定控氮工艺有效避免AOD炉重复吹氮、吹氩影响生产周期及AOD炉龄的问题。
附图说明
图1为本发明实施例中生产的20Cr13HN马氏体不锈钢No.1板退火态金相组织照片；
图2为为本发明实施例生产的20Cr13HN马氏体不锈钢No.1板900℃淬火态金相组织照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
20Cr13HN马氏体不锈钢,按照质量百分比，其化学成分为，C：0.190%，Si：0.500%，Mn：0.600%，P：0.015%,S：0.001%,Ni：0.095%，Cr：13.800%，Cu：0.018%，N：0.092%，余量主要为Fe。
20Cr13HN马氏体不锈钢的冶炼方法按照下述步骤进行：
（1）脱磷转炉冶炼：由脱磷的转炉顶吹氧枪、底吹氮气搅拌脱除高炉铁水的Si、P、C、Mn元素，脱磷后的铁水中按照质量百分比，要求Si为＜0.150%,C为2.500-4.000%、P为＜0.010%、Mn为0.200-0.500%。
（2）AOD炉冶炼：铁水兑入温度1360℃，吹氧脱碳过程侧吹风枪环缝喷吹氮气，使钢液氮含量达到饱和浓度；还原前完成氮-氩气体切换，吹氮流量600Nm3，还原阶段结束取样，N含量0.118%；钢液脱硫的吹氩搅拌3min，气体流量300Nm3，出钢氮含量0.0678%。
（3）LF精炼：AOD炉出钢扒渣后进LF精炼炉，渣厚450mm，进站温度为1545℃，吹氩搅拌,流量控制300L/min；测温取样后，加入造渣料铝丸30kg、石灰200kg和萤石150kg，炉渣碱度2.4；采用石墨电极通电化渣，渣料完全熔化，强底吹搅拌10min；根据试样化学成分结果，调整钢液成分，进站N含量0.0723%，底吹氮气8min、流量400L/min；得到钢液化学成分为C：0.190%，Si：0.500%，Mn：0.600%，P：0.015%，S：0.001%，Ni：0.095%，Cr：13.800%，Cu：0.018%，N：0.092%，其余量主要为Fe。
（4）连铸：将钢液运至连铸平台进行浇铸，得到所述马氏体不锈钢铸坯产品。
采用本发明冶炼的20Cr13HN不锈钢和采用常规冶炼方法制得的20Cr13HN不锈钢No.1板淬火HRC结果如表1所示：
表1
经过本发明冶炼的20Cr13HN不锈钢铸坯产品，加工生产过程中的退火态金相组织结构如附图1所示， 20Cr13HN不锈钢No.1产品金相结构均匀。在900℃淬火态金相组织结构如附图2所示，20Cr13HN不锈钢No.1产品淬火态金相结构马氏体组织均匀。

Claims (7)

1.一种高氮马氏体不锈钢的冶炼方法，其特征在于，该方法按照下述步骤进行：
步骤1：脱磷转炉冶炼：采用转炉顶吹氧枪、底吹氮气搅拌脱除高炉铁水中的Si、P、C、Mn元素，脱磷后的铁水中按照质量百分比，Si为＜0.150%,C为2.000-4.000%、P为＜0.010%、Mn为0.200-0.500%,余量为Fe；
步骤2：AOD炉冶炼：将步骤1中处理后的铁水兑入到AOD炉进行吹氧脱碳，吹氧脱碳过程中侧吹风枪环缝喷吹氮气，使钢液中氮含量的质量百分比为钢液总质量的0.150-0.200%，钢液还原、脱硫阶段进行吹氩搅拌，氩气体流量80～120Nm3/min，吹氩脱氮率按1:1.4-1.8，时间为5-10min；
步骤3：LF精炼：AOD炉出钢扒渣后进LF精炼炉，LF精炼炉进站温度为1520℃-1600℃，吹氩搅拌，氩气流量控制在200-500L/min；对钢液测温取样后，加入造渣料，满足炉渣碱度＞2.20；采用石墨电极通电化渣，渣料完全熔化，氩气强底吹搅拌10-12min；根据所取试样化学成分检测结果，调整钢液成分，底吹氮气并控制氮气流量在300-600L/min，钢液氮含量每分钟增加量为钢液总质量的0.002-0.005%；得到钢液中化学成分的质量百分比：C为0.150-0.450%，Si为0.400-0.800%，Mn为0.400-0.800%，P为≤0.020%，S为≤0.001%，Ni为≤0.250%，Cr为12.000-14.000%，Cu为≤0.250%，N为0.080-0.150%，余量为Fe；
步骤4：连铸：将钢液运至连铸平台进行浇铸,得到所述马氏体不锈钢铸坯产品。
2.如权利要求1所述的一种高氮马氏体不锈钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤2中的AOD炉内温度大于1300℃进行吹氧脱碳。
3.如权利要求1所述的一种高氮马氏体不锈钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤2中的液还原时先完成氩-氧、氩-氮气体切换。
4.如权利要求1所述的一种高氮马氏体不锈钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤2中的液还原、脱硫阶段后钢液中的氮含量为钢液总质量的0.050-0.080%。
5.如权利要求1所述的一种高氮马氏体不锈钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤3中出钢扒渣时渣厚200-500mm。
6.如权利要求1所述的一种高氮马氏体不锈钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤3中通过底吹氮气调整钢液氮含量至目标值。
7.如权利要求1所述的一种高氮马氏体不锈钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤3中加入的造渣料为铝丸、石灰和萤石中的一种或几种的组合。
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