CN109825769B - 一种含钼不锈钢焊条钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含钼不锈钢焊条钢，以重量百分百计，包含：C：≤0.03％，Si：0.45～0.65％，Mn：1.5～2.5％，P：≤0.02％，S：≤0.002％，Ni：13.0～14.0％，Cr：23.0～25.0％，Mo：2.0～3.0％，Cu：≤0.5％，N≤0.07％，其余为铁和不可避免的杂质。本发明还公开了一种含钼不锈钢焊条钢的制备方法。本发明通过成分的优化设计及工艺的改进，可批量生产质量合格、稳定的铁素体含量较高(25％)309Mo不锈钢焊条钢。

Description

一种含钼不锈钢焊条钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及焊条钢技术，更具体地是指一种含钼不锈钢焊条钢及其制备方法。

背景技术

309Mo是一种高端不锈钢焊接材料，主要用于焊接耐硫酸介质腐蚀的同类型不锈钢容器、复合板、异种钢等，是在普通309不锈焊接钢中添加加了较高含量的钼。钼含量高，钢种的铁素体相应增高，可以在焊接中保证焊缝组织中形成一定量的δ铁素体。另外，焊缝组织中的δ铁素体分布在奥氏体晶粒的晶界，有阻隔晶界通道的作用，可以起到减少晶界腐蚀的作用，是一种焊接性能优良的不锈钢焊接材料。但钼含量较高时，材料高温塑性较差，热变形温度范围窄，温度低于1000℃时塑性急剧下降，加工难度非常大，国内外生产厂家很少，主要采用小钢锭锻造后，短坯小轧机轧制盘条，盘重小，成材率低，表面质量差。

发明内容

本发明的目的是提供一种含钼不锈钢焊条钢及其制备方法，质量稳定、可以批量生产，主要用于钢铁企业生产质量合格的铁素体含量较高(25％)的309Mo不锈钢。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一方面，一种含钼不锈钢焊条钢，按重量百分比计，包含：

C：≤0.03％，Si：0.45～0.65％，Mn：1.5～2.5％，P：≤0.02％，S：≤0.002％，Ni：13.0～14.0％，Cr：23.0～25.0％，Mo：2.0～3.0％，Cu：≤0.5％，N≤0.07％，其余为铁和不可避免的杂质。

另一方面，一种含钼不锈钢焊条钢的制备方法，包括以下步骤：电炉冶炼、氩氧炉冶炼、钢包精炼炉冶炼、模铸或连铸、高线轧制、环形炉固溶处理、酸洗、包装，

电炉冶炼的还原剂使用碳化硅、硅球或硅铁，出钢前拉清还原渣，以确保无渣出钢；

氩氧炉冶炼的终点碳控制≤0.020％，根据吹氧量计算还原剂加入量并进行还原；还原期确保钢中氧含量小于等于20ppm；还原后根据成分配入合金至内控目标值；拉渣后双渣法操作，加入石灰，萤石；氩氧炉冶炼过程中全程吹氩，以保证成品N≤0.07％；

钢包精炼炉冶炼时添加B，控制范围在0.002～0.004％，残余元素控制目标：钛≤0.05％，铝≤0.020％，[O]≤40ppm；

模铸浇注时，浇铸1.2吨钢锭，模铸后后初轧开坯；

连铸浇注时，当温度达到1523～1528℃时，吊上钢包回转台，采用弧型连铸机进行浇注，连铸坯轧制前进行退火处理：1200℃保温2小时，空冷。

所述初轧开坯采用三火开坯工艺，其中：

第一火加热为：650℃加热1.5小时，≤80℃/h升温加热3.5小时，900℃加热1小时，≤120℃/h升温加热3小时，1250℃加热2小时后翻面再加热1.5小时；

第二或三火加热为：升温加热至1250℃后，加热40分钟后翻面再加热半小时；

开轧温度≥1160℃，终轧温度≥900℃，第一火开坯时控制每道变形量10％。

所述高线轧制中，其线材轧制的加热工艺为：炉尾温度≤800℃，加热时间≥2.5小时，炉温控制设计为三段：加热Ⅰ区为1000～1100℃，加热Ⅱ区为1230～1260℃，均热区为1230～1260℃，出炉温度为1250±15℃；

其线材轧制的轧制工艺采用中间坯在线加热，加热温度设定为1050±50℃，且咬入采用干头轧制。

在环形炉固溶处理过程中，当环形炉温度≥700℃时进环形炉，温度达到1050℃后进行保温，最高温度控制为1070℃，最低温度控制为1040℃，保温时间30～80min后直接淬水到室温。

采用本发明的含钼不锈钢焊条钢及其制备方法，为了保证材料的焊接性能和热加工性能，控制C、Mn、Ni、Cr、Mo、N等元素含量，通过在309焊材的基础上降低C含量，提高Mo、Ni、Mn的方法，同时初轧开坯采用三火轧制，连铸坯轧前进行热处理，线材使用中间坯在线加热及干头轧制的技术，解决了因添加Mo导致材料铁素体增加，热加工性能性能变差的问题，固溶采用1050℃的完全固溶工艺技术，盘条酸洗前经过盐浴处理，克服了高温处理后酸洗表面易过酸的问题。也能保证很好的拉拔性能，增加了产品性能的稳定性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式本实用新型进行详细说明：

图1是本发明的含钼不锈钢焊条钢的连铸坯截面组织的金相图。

图2是本发明的含钼不锈钢焊条钢的连铸坯热处理后截面组织的金相图。

图3是本发明的第一火加热的温度/时间关系折线图；

图4是本发明的第二或三火加热的温度/时间关系折线图。

具体实施方式

本发明的设计原理如下：

钼含量较高时在奥氏体不锈钢钢中容易产生б中间相，б相是一种脆硬的二次相，铬、钼可以提升б相在高温的析出行为，对不锈钢的力学性能产生不利的影响，导致塑性、韧性下降。一般309铁素体含量在8％-12％之间，309Mo铁素体含量达到25％左右(见图1)，在热变形过程中，奥氏体和铁素体相由于晶格结构、固溶元素不同，强度存在明显差异，热变形时在两相相界处形成应力集中易产生裂纹。该钢种的热塑塑性差，变形温度范围较窄，需要在通过成分控制铁素体含量。连铸坯轧制前需要进行退火处理，1200℃保温2小时空冷可改变铁素体形态，提高材料塑性(见图2)。采用电弧炉、AOD和钢包精练设备进行组合冶炼(EAF+AOD+LF冶炼)连铸+连铸坯热处理+高线成材，或(EAF+AOD+LF冶炼)+模铸三火开坯+高线成材的工艺，其特点是：必须控制C含量0～0.030％，Mn含量1.5～2.5％，Ni含量13.0～14.0％，Cr含量23.0～25.0％％，Mo含量2.0～3.0％％，N含量0～0.07％。通过在309焊材的基础上降低C含量，提高Mo、Ni、Mn的方法，控制材料中铁素体含量。根据钢种的相图，材料变形应在1000℃以上进行，初轧开坯采用三火轧制工艺，线材使用中间坯在线加热及干头轧制的技术，保证热加工温度。如果采用连铸坯，轧前要进行热处理，解决因添加Mo导致材料铁素体增加，热加工性能性能变差的问题。固溶采用1050℃的完全固溶工艺技术，盘条酸洗前经过盐浴处理，克服了高温处理后酸洗表面易过酸的问题。也能保证很好的拉拔性能，增加了产品性能的稳定性。

根据上述原理，本发明的一种含钼不锈钢焊条钢(309Mo)，以按重量百分比，包含：

C：≤0.03％，Si：0.45～0.65％，Mn：1.5～2.5％，P：≤0.02％，S：≤0.002％，Ni：13.0～14.0％，Cr：23.0～25.0％，Mo：2.0～3.0％，Cu：≤0.5％，N≤0.07％，其余为铁和不可避免的杂质。

碳是奥氏体不锈钢中强烈形成奥氏体的元素，可以稳定并扩大奥氏体相区，增加奥氏体不锈钢的热加工性能，碳高可以显著提高奥氏体不锈钢固溶后的强度，增加奥氏体不锈钢点腐蚀的倾向，C控制在0～0.03％。

铬可以促进奥氏体不锈钢钝化并保持稳定的钝化态，提高钢的耐氧化介质和耐酸性氯化物介质的能力，提高钢耐局部腐蚀如晶间腐蚀、点腐蚀的能力。提高铬含量可以使马氏体转变温度降低，从而提高奥氏体的稳定性，Cr控制在23～25％。

镍的作用是形成稳定的奥氏体，使钢获得完全的奥氏体组织，从而使材料有良好的强度、塑性，提高奥氏体不锈钢的热力学温度性，使材料具有更好的不锈性和耐氧化性介质的能力，随着镍含量的增加，还可以提高材料的耐还原性介质的能力，Ni控制在13.0～14.0％。

氮是增加不锈钢奥氏体稳定性的元素，可以改善材料的加工性能，保证材料无磁性，可以替代部分镍以节约部分贵金属，但含量太高会增加材料的强度，N控制在0～0.070％。

钼可以增加铬的耐腐蚀性。309Mo的钼含量高，钢种的铁素体相应增高，可以在焊接中保证焊缝组织中形成一定量的δ铁素体，奥氏体和δ铁素体这种双相组织具有较高的抗热裂纹的能力，由于钼使形变强化后的软化和恢复温度以及再结晶温度提高，并强烈提高铁素体的蠕变抗力，有效抑制渗碳体在450～600℃下的聚集.促进特殊碳化物的析出，因而成为提高钢的热强性的最有效的合金元素。同时δ铁素体对P、S、Si具有较高的溶解度，能有效降低焊液凝固时残液的杂质含量。另外焊缝组织中的δ铁素体分布在奥氏体晶粒的晶界，有阻隔晶界通道的作用，可以起到减少晶界腐蚀的作用，309Mo是一种焊接性能优良的不锈钢焊接材料。但钼含量较高时309Mo的铁素体含量高，高温塑性较差，热变形温度范围窄，温度低于1000℃时塑性急剧下降，加工难度非常大。

本发明的上述的含钼不锈钢焊条钢的制备方法，包括如下步骤：

电炉(EAF)冶炼+氩氧炉(AOD)冶炼+钢包精炼炉(LF)冶炼→模铸→高线轧制→环形炉固溶处理→酸洗→包装，或电炉(EAF)冶炼+氩氧炉(AOD)冶炼+钢包精炼炉(LF)冶炼→连铸→高线轧制→环形炉固溶处理→酸洗→包装。

其中：

1、冶炼工艺

1)电炉(EAF)冶炼的还原剂使用碳化硅、硅球、硅铁等,出钢前拉清还原渣，确保无渣出钢。

2)氩氧炉(AOD)冶炼的终点碳控制≤0.020％，根据吹氧量计算还原剂加入量并进行还原；还原期脱氧要充分,拉渣要彻底,确保钢中氧含量小于等于20ppm；还原后根据成分配入合金至内控目标值；拉渣后双渣法操作，加入石灰，萤石适量。氩氧炉(AOD)冶炼过程中全程吹氩，降低氮含量，保证成品N≤0.04～0.06％。

3)成品中S含量必须≤0.003％，钢包精炼炉(LF)冶炼时添加B，控制范围在0.002～0.004％，残余元素控制目标：钛≤0.05％，铝≤0.020％，[O]≤40ppm。

4)模铸浇注：浇铸1.2吨钢锭，浇铸前，钢锭模事先要进行检查和清理，以提高钢锭表面质量，浇注后三火开坯。

5)连铸浇注：连铸当温度达到1523～1528℃时，吊上钢包回转台，采用弧型连铸机进行浇注，连铸坯轧制前需要进行退火处理，热处理工艺为：1200℃保温2小时空冷。

2、模铸的初轧开坯

1)，采用三火开坯工艺，其中：

第一火加热为：650℃加热1.5小时，≤80℃/h升温加热3.5小时，900℃加热1小时，≤120℃/h升温加热3小时，1250℃加热2小时后翻面再加热1.5小时，见图3；

第二或三火加热为：升温加热至1250℃后，加热40分钟后翻面再加热半小时，见图4；

开轧温度≥1160℃，终轧温度≥900℃，第一火开坯时控制每道变形量10％。

3、高线轧制，加热工艺为：炉尾温度≤800℃，加热时间≥2.5小时，炉温控制设计为三段：加热Ⅰ区为1000～1100℃，加热Ⅱ区为1230～1260℃，均热区为1230～1260℃，出炉温度为1250±15℃，见表1

表1

其线材轧制的轧制工艺采用中间坯在线加热，加热温度设定为1050±50℃，且咬入采用干头轧制。

4、环形炉固溶处理

在环形炉固溶处理过程中，当环形炉温度≥700℃时进环形炉，温度达到1050℃后进行保温，最高温度控制为1070℃，最低温度控制为1040℃，保温时间30～80min后直接淬水到室温。

固溶温度较低，盘条热处理后不但强度高，强度波动范围也大，质量不稳定。但固溶温度太高，会造成表面氧化层增厚，相应酸洗时间加长，表面粗糙，影响用户的使用。经过多次对比试验和数据积累。固溶温度控制1040-1070℃，根据盘条的规格调整固溶时间，对酸洗后的表面质量无不良影响，通过盐浴处理，使酸洗后具有良好的表面质量。

下面具体举例说明：

1、冶炼工艺步骤是：

1)第一步通过超高功率电弧炉(槽式沥青炉衬)，采用一定的电压和电流熔化废钢。第二篮料通电熔化后，第二篮料熔清＞80％后吹氧助熔。氧气消耗400m³，出钢前炉内加入200kg的SiFe还原，并且拉渣充分，控制出渣量≤500kg，出钢温度控制在≥1630℃。出钢时成分控制C：1.02％，P：0.035％。根据取样成分，出钢量为55.0t。

2)第二步AOD操作：AOD兑钢后，加入1000kg石灰和800kg轻烧Mg球。通过AOD吹炼模型进行吹炼。取样分析C含量，C含量为0.01％时进行还原。还原过程，根据吹氧量计算需要的900kgSiFe(通常在700～1200kg)、500kgAl粒、(400kg萤石和600kg的石灰，还原时间8min，还原以后人工扒渣3/4渣包(3/4渣包的渣子重量为3000kg)。

3)第三步钢包精炼：AOD出钢后，钢包就位LF。当温度达为1520℃时，开始喂入150mCa线(Ca含量≥80％)，喂线速度为2.0m/s，温度达到1510℃时，吊包浇注。

4)第四步模铸浇注：当温度达到1520℃时，吊包浇12.吨钢锭，浇铸前，钢锭模事先要进行检查和清理，以提高钢锭表面质量。

5)第五步：钢锭注毕，1.5小时起吊热送初轧厂。

2、初轧采用三火开坯工艺，加热温度1250±15℃，终轧温度≥900℃

3、长型材轧制：轧制时采用中间坯在线加热的技术干头轧制，保证材料加工性能。根据合同需要轧制成φ5.5的盘卷。

4、环形炉固溶处理工艺步骤：温度为700℃进环形炉，升温速度无限制，温度达到1100℃后进行保温，最高温度1120℃，最低温度1080℃，保温时间30min，最后水冷到室温。通过盐浴处理，使酸洗后具有良好的表面质量。

表2为本发明的焊条钢的三个实施例

表3为表1中三个实施例焊条钢的部分工艺和性能参数

采用本发明解决了因钼含量高，铁素体含量多时材料轧制时加工性能差的问题，轧制以后质量合格，完全能够满足高质量的焊接要求，性能符合用户的要求。通过本专利发明生产的309Mo，可以进行批量生产，卷重大，产品性能的稳定。

综上所述，本发明操作简便，满足大生产要求，不需要大量设备投资，使用现有不锈钢设备。开坯采用三火，轧制时采用中间坯在线加热及干头轧制的技术，保证材料加工性能。采用这种工艺生产质量满足要求而且稳定，卷重大，合格率达到了97％，且比较环保。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (3)

1.一种含钼不锈钢焊条钢的制备方法，其特征在于，所述含钼不锈钢焊条钢，按重量百分比计，包含：

C：≤0.03％，Si：0.45～0.65％，Mn：1.5～2.5％，P：≤0.02％，S：≤0.002％，Ni：13.0～14.0％，Cr：23.0～25.0％，Mo：2.0～3.0％，Cu：≤0.5％，N≤0.07％，其余为铁和不可避免的杂质；

所述制备方法包括以下步骤：

电炉冶炼、氩氧炉冶炼、钢包精炼炉冶炼、模铸或连铸、高线轧制、环形炉固溶处理、酸洗、包装，

电炉冶炼的还原剂使用碳化硅、硅球或硅铁，出钢前拉清还原渣，以确保无渣出钢；

氩氧炉冶炼的终点碳控制≤0.020％，根据吹氧量计算还原剂加入量并进行还原；还原期确保钢中氧含量小于等于20ppm；还原后根据成分配入合金至内控目标值；拉渣后双渣法操作，加入石灰，萤石；氩氧炉冶炼过程中全程吹氩，以保证成品N≤0.07％；

钢包精炼炉冶炼时添加B，控制范围在0.002～0.004％，残余元素控制目标：钛≤0.05％，铝≤0.020％，[O]≤40ppm；

模铸浇注时，浇铸1.2吨钢锭，模铸后初轧开坯；

连铸浇注时，当温度达到1523～1528℃时，吊上钢包回转台，采用弧型连铸机进行浇注，连铸坯轧制前进行退火处理：1200℃保温2小时，空冷；

所述初轧开坯采用三火开坯工艺，其中：

第一火加热为：650℃加热1.5小时，≤80℃/h升温加热3.5小时，900℃加热1小时，≤120℃/h升温加热3小时，1250℃加热2小时后翻面再加热1.5小时；

第二或三火加热为：升温加热至1250℃后，加热40分钟后翻面再加热半小时；

开轧温度≥1160℃，终轧温度≥900℃，第一火开坯时控制每道变形量10％。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

所述高线轧制中，其线材轧制的加热工艺为：炉尾温度≤800℃，加热时间≥2.5小时，炉温控制设计为三段：加热Ⅰ区为1000～1100℃，加热Ⅱ区为1230～1260℃，均热区为1230～1260℃，出炉温度为1250±15℃；

其线材轧制的轧制工艺采用中间坯在线加热，加热温度设定为1050±50℃，且咬入采用干头轧制。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在环形炉固溶处理过程中，当环形炉温度≥700℃时进环形炉，温度达到1050℃后进行保温，最高温度控制为1070℃，最低温度控制为1040℃，保温时间30～80min后直接淬水到室温。

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