CN108315563B

CN108315563B - 一种超级双相不锈钢的电渣重熔渣系

Info

Publication number: CN108315563B
Application number: CN201711374347.2A
Authority: CN
Inventors: 刘海定; 陈登华; 何曲波; 王东哲; 刘应龙; 王春光
Original assignee: Chongqing Materials Research Institute Co Ltd
Current assignee: Chongqing Materials Research Institute Co Ltd
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2037-12-19
Also published as: CN108315563A

Abstract

本发明涉及一种超级双相不锈钢的电渣重熔渣系，该电渣重熔渣系各组分的重量百分含量为：CaF₂：55~74%；CaO：5~20%；Al₂O₃：5~20%；MgO：5~15%；SiO₂：1~15%。采用所述电渣重熔渣系，通过调整碱性氧化物CaO、MgO和酸性氧化物SiO₂、Al₂O₃的含量配比，获得最佳的渣碱度，特别适用于超级双相不锈钢的电渣重熔，使超级双相不锈钢纯度提高、有害杂质元素减少，铸锭组织优化，大大改善不锈钢的加工性能、提高热加工的成材率，并有助于获得优异的力学性能和耐腐蚀性能。

Description

一种超级双相不锈钢的电渣重熔渣系

技术领域

本发明属于金属材料冶金制备领域，特别涉及一种超级双相不锈钢的电渣重熔渣系。

背景技术

双相不锈钢是一类既含有奥氏体（γ）又含有铁素体（α）组织结构且两相独立存在并含量较大的不锈钢，该不锈钢兼具了铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优良性能。超级双相不锈钢是近些年发展起来的第三代双相不锈钢，在保证钢组织热稳定性的前提下，进一步提高钢中铬、钼、氮含量以获得更高强度和更加优良的耐腐蚀性能，这类钢的显著特点是PRE（钢中Cr%+3.3×(Mo+1/2W）+16×N%)≥40，部分超级双相不锈钢的PRE值近于或达到50。

但是超级双相钢由于合金含量越来越高，在其发展的过程中，不可避免的遇到了一些物理冶金的问题，比如当Cr含量高至25%以上时，在热加工及热处理中极易析出σ相，从而严重恶化材料热塑性、机械性能和耐腐蚀性能，特别是钢中杂质元素对其热加工性能不利影响的倾向更突出。热塑性差、热加工成材率低，成为该系列双相不锈钢工业推广应用的不小障碍。

发明内容

本发明的目的是提供一种超级双相不锈钢的电渣重熔渣系，采用所述电渣重熔渣系对超级双相不锈钢重熔，提高了超级双相不锈钢的纯度，减少了有害杂质元素，组织优化，大大改善不锈钢的加工性能、提高热加工的成材率，并获得优异的力学性能和耐腐蚀性能。

本发明的技术方案是：

一种超级双相不锈钢的电渣重熔渣系，该电渣重熔渣系各组分的重量百分含量为：CaF₂：55~74%；CaO：5~20%；Al₂O₃：5~20%；MgO：5~15%；SiO₂：1~15%。

较好的技术方案是，所述的超级双相不锈钢的电渣重熔渣系各组分的重量百分含量为：CaF₂：65~70%；CaO：13~15%；Al₂O₃：10~15%；MgO：5~8%；SiO₂：2~10%。

超级双相不锈钢的重熔方法，有以下步骤：

1）按照上述所述的配比称取电渣渣系各组分，配置电渣渣料；

2）取超级双相不锈钢电极棒，清除其表面的氧化皮；

3）步骤1）所得电渣渣料，在800℃×8~24h烘烤，然后倒入结晶器中用石墨电极熔化，然后倒入结晶器中用石墨电极熔化；

4）将步骤2）所述的电极棒缓慢插入到熔融态的渣料中，通电起弧，熔化电极，进行重熔；

5）重熔结束前热补缩；

6）重熔结束后，钢锭留置于结晶器中冷却≥30min，脱模，得到电渣锭；

7）电渣锭在1150~1220±15℃温度下加热保温1~4h，锻造后固溶处理，得到超级双相不锈钢。

步骤2）所述重熔电极棒直径为Φ90~ 300mm。

步骤4）所述通电起弧的电压为40~60V，电流为3000~13000A；

步骤5）所述热补缩电流下降速率0.005~0.008kA/s.

步骤6）所述的电渣锭直径为Φ160~ 600mm。

步骤7）所述固溶处理的温度为1020~1100±10℃，处理时间为30~120min。

本发明所述超级双相不锈钢电极棒，主要指Cr含量≥25%或PRE≥40的超级双相不锈钢。

超级双相不锈钢电极棒的自制的方法是，以各组分重量百分含量为C：≤0.02%；Cr：25~32%、Ni：6~10%、Mo：2~6%、Si：0.1~2%、Mn：0.1~2%、N：0.3~0.8%、Fe：余量的不锈钢为例说明。不锈钢进行真空感应熔炼时，先将主料Fe、Cr、Ni和Mo投入坩埚，待底料全熔后，在温度≥1600℃、真空度控制≥10Pa的条件下按0.6～0.8min/kg的时间精炼，然后投入C、Si、Mn等，加料后充分电磁或机械搅拌，在温度≥1550℃按0.4～0.6min/kg的时间精炼，精炼完成后，控制真空度≥20Pa，充氮气保护，添入中间合金FeCrN，待中间合金全熔后，静置钢水，调温至1480℃，快速浇注，得到自耗电极棒，磨砂清除电极棒表面的氧化皮可进行电渣重熔。

所述超级双相不锈钢电极棒若采用市售的商品，可包括UNS S32750、S32760、S32707、S32907、S33207等。

本发明的积极效果

采用本发明所述电渣重熔渣系，通过调整碱性氧化物CaO、MgO和酸性氧化物SiO₂、Al₂O₃的含量配比，获得最佳的渣碱度，可以提纯金属并使电渣锭具有纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、组织均匀致密、化学成分均匀等优点，对超级双相不锈钢的工艺性能及最终组织性能均大有脾益。

本发明采用独特的电渣重熔渣系配方、优质的自耗电极棒，用于电渣重熔制备，使电极棒熔化成金属液滴后穿过熔融的渣池并与之发生复杂的高温物理化学反应，降低金属合金中的杂质含量、提高合金纯度，并最终在结晶器底部重新结晶，凝固成致密的、成分均匀的钢锭。通过上述方法获得的超级双相不锈钢电渣锭，不仅纯度高、杂质元素少，而且大大的有利于不锈钢后续的热冷加工，提高不锈钢的成材率，推动超级双相不锈钢的工业化生产，拓宽了产品的进一步推广和应用，有利于企业的可持续发展。

采用本方法制备出的超级双相不锈钢，S、P等杂质元素含量非常低，明显改善钢的热塑性，同时具有较好的热冷加工性能、优良的机械性能和耐腐蚀性能，主要应用于石油天然气开采、化工、海洋等重要工程领域。

具体实施方式

实施例1

超级双相不锈钢的电渣重熔渣系配重7kg，各组分配比为，CaF₂：4.9kg（70%）、CaO：0.91kg（13%）、Al₂O₃：0.7kg（10%）、MgO：0.35kg（5%）、SiO₂：0.14kg（2%）。

超级双相不锈钢的配重30kg，经真空感应熔炼浇铸成Φ130mm、各组分重量百分含量为：C：0.012%、Cr：27.5%、Ni：7%、Mo：4.5%、Si：0.2%、Mn：0.2%、N：0.5%、Fe：余量的自耗电极棒。自耗电极棒经表面砂磨精整后，留待电渣重熔用。

上述渣料配置好后经800℃×8h烘烤，然后在化渣炉中加热至熔融状态倒入Φ160mm结晶器中，将上述电极棒缓慢插入到熔融状态下的渣料中，通电起弧后调整电压稳定至45V、电流至3800A后开始化料。重熔完毕前进行热补缩，补缩电流下降速率为0.005kA/s，热补缩完毕后，将钢锭在结晶器中冷却30分钟后脱模，得到Φ160mm规格的超级双相不锈钢电渣锭。

所获超级双相不锈钢电渣锭在1190℃温度下加热保温2h，开坯锻造成Φ55mm圆棒，经1060℃温度固溶60min、水冷后，机加工成Φ50mm棒材，经无损检验、性能检测后获得超级双相不锈钢棒材。

该超级双相不锈钢棒材S含量为0.0012%、P含量为0.0035%，达到了提纯和改善热加工性能的目的。

该超级双相不锈钢的机械性能为Rm：1060MPa、Rp0.2：752MPa、A_4d：40%、Z：75%、HRC：29.5、AKv：182J。应用于石油工业热交换器部件、海洋管道工程中冷凝器冷却管等方面，性能完全满足所需。

实施例2

超级双相不锈钢的电渣重熔渣系配重45kg，各组分配比为，CaF₂：29.25kg（65%）、CaO：6.75kg（15%）、Al₂O₃：4.5kg（10%）、MgO：3.6kg（8%）、SiO₂：0.9kg（2%）。

超级双相不锈钢的配重500kg，经真空感应熔炼浇铸成Φ200mm，成分百分含量为：C：0.010%、Cr：30.5%、Ni：7%、Mo：4.5%、Si：0.2%、Mn：0.2%、N：0.6%、Fe：余量的自耗电极棒。自耗电极棒经表面砂磨精整后，留待电渣重熔用。

上述渣料配置好后经800℃×12h烘烤，然后在Φ400mm结晶器中化渣起弧至渣料全部熔化为熔融状态，将上述电极棒缓慢插入到熔融状态下的渣料中，通电起弧后调整电压稳定至53V、电流至9000A后开始化料。重熔完毕前进行热补缩，补缩电流下降速率为0.007kA/s，热补缩完毕后，将钢锭在结晶器中冷却45分钟后脱模，得到Φ400mm规格的超级双相不锈钢电渣锭。

所获超级双相不锈钢电渣锭在1210℃温度下加热保温3h，开坯锻造成Φ158mm圆棒，经1060℃温度固溶90min、水冷后，机加工成Φ150mm棒材，经无损检验、性能检测后获得超级双相不锈钢棒材。

该超级双相不锈钢棒材S含量为0.0015%、P含量为0.0024%，达到了提纯和改善热加工性能的目的。

该超级双相不锈钢的机械性能为Rm：1097MPa、Rp0.2：829MPa、A_4d：35%、Z：63%、HRC：33.5、AKv：158J。应用于石油工业热交换器部件、深海油田管道缆等方面，性能全满足使用需求。

Claims

1.一种超级双相不锈钢的重熔方法，其特征在于，所述超级双相不锈钢是指Cr含量≥25%或PRE≥40的不锈钢，该电渣重熔渣系各组分的重量百分含量为：CaF₂：70%、CaO：13%、Al₂O₃： 10%、MgO：5%、SiO₂：2%或电渣重熔渣系各组分的重量百分含量为：CaF₂： 65%、CaO：15%、Al₂O₃： 10%、MgO： 8%、SiO₂： 2%，其制备方法有以下步骤：

1）按照上述的配比称取电渣渣系各组分，配置电渣渣料；

2）取超级双相不锈钢电极棒，清除其表面的氧化皮，所述重熔电极棒直径为Φ90~300mm；

3）步骤1）所得电渣渣料，在800℃×8~24h烘烤，然后倒入结晶器中用石墨电极熔化；

4）将步骤2）所述的电极棒缓慢插入到熔融态的渣料中，通电起弧，熔化电极，进行重熔，所述通电起弧的电压为40~60V，电流为3000~13000A；

5）重熔结束前热补缩，所述热补缩电流下降速率0.005~0.008kA/s；

6）重熔结束后，钢锭留置于结晶器中冷却≥30min，脱模，得到电渣锭，所述的电渣锭直径为Φ160~ 600mm；

7）电渣锭在1150~1220±15℃温度下加热保温1~4h，锻造后固溶处理，得到超级双相不锈钢；

所述固溶处理的温度为1020~1100±10℃，处理时间为30~120min。