CN110117746A - 一种高性能无磁不锈钢的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能无磁不锈钢的制造方法，包括以下步骤：选用原材料并进行净化处理；清洗炉膛和钢包；使得净化处理后的原材料按照规定比例、工艺获得如下质量百分比的钢锭：C≤0.03%，8.00%≤Mn≤11.00%，Si≤1.00%，S≤0.03%，P≤0.035%，18.00%≤Cr≤21.00%，8.00%≤Ni≤11.00%，2.00%≤Mo≤3.00%,0.20%≤N≤0.60%，其余为Fe；规定比例指的是各原材料的配比，规定工艺指的是原材料依次经EF熔炼、VOD精炼以及ESR电渣重溶的工艺条件；对炼得的钢锭进行强压快锻，获得研制锻件；对研制锻件进行固溶热处理，然后进行低温锻造，冷作强化，得到高性能无磁不锈钢。本发明的优点是：化学成分设计科学合理，在熔炼过程中严格控制有害元素Pb+Sn+Sa+As+Bi≤0.05%以提高钢水的纯净度，将耐蚀当量PRE提高至大于30。

Description

一种高性能无磁不锈钢的制造方法
技术领域
本发明涉及不锈钢制造技术领域，具体涉及一种高性能无磁不锈钢的制造方法。
背景技术
在石油钻探领域中钻铤是不可或缺的设备之一，而要制造出高性能的无磁不锈钢钻铤就需要高性能的无磁不锈钢材料；此外，在超导核聚变、航空航天以及深海工程等领域均需要高性能的无磁不锈钢材料。
但是，市场上大量生产的如石油钻铤材料，因电炉炼钢含碳量高，C含量在0.4~0.5%，遇到海水时易腐蚀；而且PER耐蚀当量低，基本小于30，不宜用于海洋工程，因为海洋工程用钢含碳量必须低于0.03%，耐蚀当量PER必须大于30。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供了一种高性能无磁不锈钢的制造方法，该方法通过控制钢锭的组份配比以及锻造方法，采用阶梯法分段加热后进行锻造，以得到高强度、高韧性和低磁导率的无磁不锈钢。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种高性能无磁不锈钢的制造方法，其特征在于所述制造方法包括以下步骤：
选用微碳铬铁、镍板、钼丝以及原生态废钢作为原材料并进行净化处理；
清洗炉膛和钢包；
使得净化处理后的所述原材料按照规定比例以及规定工艺获得如下质量百分比的钢锭：C≤0.03%，8.00%≤Mn≤11.00%，Si≤1.00%，S≤0.03%，P≤0.035%，18.00%≤Cr≤21.00%，8.00%≤Ni≤11.00%，2.00%≤Mo≤3.00%,0.20%≤N≤0.60%，其余为Fe；所述规定比例指的是各所述原材料的配比，所述规定工艺指的是所述原材料依次经EF熔炼、VOD精炼以及ESR电渣重溶的工艺条件；
对炼得的所述钢锭进行强压快锻，获得研制锻件；
对所述研制锻件进行固溶热处理，然后进行低温锻造，冷作强化，强化变形量控制在12%-14%之间，得到高性能无磁不锈钢。
对炼得的所述钢锭进行强压快锻获得所述研制锻件的具体过程包括以下步骤：
将所述钢锭进行修整，去除缺陷，表面打磨出白；
采用阶梯法分段加热所述钢锭；
加热完成且所述钢锭内部温度达到表面温度后采用FM法强压快锻，锻造比≥4。
采用阶梯法分段加热所述钢锭的具体要求为：所述钢锭入炉温度≤250℃，在20℃-560℃之间时，每小时升温≤50℃，在560℃-850℃之间时，每小时升温80℃，在850℃-1200℃之间时，每小时升温120℃，加热至1200℃后保温。
采用FM法宽钻进行锻造的始锻温度为1180±10℃、终锻温度≥900±10℃，所述固溶热处理的温度为1050±10℃；所述低温锻造的温度为620℃-700℃。
在EF熔炼过程中加入如下组分的复合脱氧剂：C≤0.45%，20%≤Mn≤22.1%，8%≤Si≤9%，4%≤Al≤4.5%，4%≤Ca≤5%，其余为Fe；使其与钢水中氧化物、硫化物形成钢渣，在氧化期后期、还原期后期和出钢前三次扒渣，清除钢水中的非金属夹杂物，净化钢水。
EF熔炼后，出钢进入VOD真空精炼炉进行精炼时，脱碳，使C≤0.03%，脱气，使﹝H﹞≤2ppm、使﹝O﹞≤20ppm；VOD精炼后注锭前要求先对模腔进行预热，预热温度≥80℃。
对所述原材料进行净化处理的具体过程如下：用5-7%的稀硫酸清洗所述原材料，再用清水再次清洗，然后进行烘干。
本发明的优点是：（1）化学成分设计科学合理，在熔炼过程中严格控制有害元素Pb+Sn+Sa+As+Bi≤0.05%以提高钢水的纯净度，使耐蚀当量PRE＞30；（2）本钢在液氦下具有高强度、高韧性和低磁导率。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
实施例：本实施例具体涉及一种高性能无磁不锈钢的制造方法，该制造方法通过科学设计各化学组分的含量，在熔炼过程中严格控制有害元素Pb+Sn+Sa+As+Bi≤0.05%以提高钢水的纯净度，采用阶梯法分段加热后进行锻造，确保其高强度、高韧性和低磁导率。
本实施例提供的一种高性能无磁不锈钢的制造方法包括以下步骤：
（1）选用高纯洁净原材料：微碳铬铁、镍板、金属钼丝以及原生态废钢，其中镍板选取0#镍板，原生态废钢要求无泥沙、无铁锈、无油渍、无污染的块料废钢，从原材料上确保本钢的品质。
（2）对上述原材料进行净化处理，具体净化过程为：采用5-7%的稀硫酸进行清洗，洗去原材料中可能含有的铁锈、泥沙、油渍等，再用清水洗掉酸汁，然后进行烘干。
（3）由于炉膛壁和钢包壁上留有残余钢水，在残余钢水中含有各种元素，如：Co、W、Pb、Sn、As、Bi，若直接熔炼本钢的原材料，微量的有害元素将带入本钢种中，造成本钢种受污染，故在熔炼本钢种前需要清洗炉膛和钢包，具体的清洗过程为：在熔炉中熔炼2-3炉与本钢种化学成分相近的钢种，如：304L、316L（00Cr17Ni9Mo2N），利用其将炉膛壁和钢包壁上的残余钢水带走。
（4）将经过净化处理后的原材料按规定比例进行配比，并采用EF+VOD+ESR冶炼方式，电弧炉+真空精炼炉+电渣重熔，使其达到均质，具体过程如下：在EF熔炼过程中加入复合脱氧剂Mn-Si-Al—Ca：C≤0.45%，20%≤Mn≤22.1%，8%≤Si≤9%，4%≤Al≤4.5%，4%≤Ca≤5%，其余为Fe，使其与钢水中的氧化物、硫化物经化合作用形成钢渣，浮在钢液表面，在氧化期后期、还原期后期和出钢前，进行三次扒渣，清除其中的非金属杂质物，净化钢水，严格控制有害元素，使得Pb+Sn+Sb+As+Bi≤0.05%；在EF熔炼后，出钢进入VOD真空精炼炉精炼，脱碳，使C≤0.03%，脱气，使﹝H﹞≤2ppm、使﹝O﹞≤20ppm，尽量减少本钢种中的气体，尤其是氧；在VOD精炼后注锭，注锭时要求先对模腔进行预热，预热温度≥80℃；对注锭获得的圆锭经打磨整修、去除缺陷后进行ESR电渣重熔，二次精炼使其均质化。
所获得的圆锭的各组分质量百分比如下：C≤0.03%，8.00%≤Mn≤11.00%，Si≤1.00%，S≤0.03%，P≤0.035%，18.00%≤Cr≤21.00%，8.00%≤Ni≤11.00%，2.00%≤Mo≤3.00%,0.20%≤N≤0.60%，其余为Fe；；进一步对各化学元素进行优化组合，如表1所示，强化元素C、Mo、N取上限，塑性韧性元素Si、Cr、Ni取中上限，S、P尽量低，S≤0.002%、P≤0.005%，严格控制有害元素Pb+Sn+Sb+As+Bi≤0.05%。
表1：
（5）对炼得的钢锭进行阶梯法加热，具体操作过程为：先对钢锭进行修整，去除缺陷，表面打磨出白，然后进炉加热；钢锭的进炉温度≤250℃，采用阶梯法分段加热，在20℃-560℃之间时，每小时升温≤50℃，在560℃-850℃之间时，每小时升温80℃，在850℃-1200℃之间时，每小时升温120℃，其中每2英寸厚度为1小时，加热至1200℃后保温，保温的时间按实际尺寸确定，但要确保保温时间充足。
（6）当钢锭的内部温度达到其表面温度时可开始锻打，始锻温度为1180±10℃、终锻温度≥900±10℃，采用FM法宽钻锻造，强压快锻，锻透，锻造比≥4，锻后空冷，切除表面缺陷。
（7）待锻件毛坯经粗加工、并经超声波探伤确定无裂纹后进行热处理，进行固溶热处理的过程为：选用足够大的水池，固溶温度为1050±10℃，采用循环水或鼓风加速冷却。
（8）在620℃-700℃的低温下进行低温锻造，冷作强化，强化变形量控制在12%-14%之间，以进一步提高强韧性，最终获得高性能无磁不锈钢，其各组分实测数据如下表2所示：
表2：
（9）性能测试，对获得的高性能无磁不锈钢进行性能检测，其测试结果如下表3所示：
从表3可以看出，本实施例生产出来的高性能无磁不锈钢的抗拉强度、屈服强度、延伸率和磁导率均满足技术要求标准，其延伸率以及断面韧性也较好。
本实施例的有益效果是：（1）化学成分设计科学合理，在熔炼过程中严格控制有害元素Pb+Sn+Sa+As+Bi≤0.05%以提高钢水的纯净度，使耐蚀当量PRE＞30；（2）本钢在液氦下具有高强度、高韧性和低磁导率。

Claims (7)

1.一种高性能无磁不锈钢的制造方法，其特征在于所述制造方法包括以下步骤：
选用微碳铬铁、镍板、钼丝以及原生态废钢作为原材料并进行净化处理；
清洗炉膛和钢包；
使得净化处理后的所述原材料按照规定比例以及规定工艺获得如下质量百分比的钢锭：C≤0.03%，8.00%≤Mn≤11.00%，Si≤1.00%，S≤0.03%，P≤0.035%，18.00%≤Cr≤21.00%，8.00%≤Ni≤11.00%，2.00%≤Mo≤3.00%,0.20%≤N≤0.60%，其余为Fe；所述规定比例指的是各所述原材料的配比，所述规定工艺指的是所述原材料依次经EF熔炼、VOD精炼以及ESR电渣重溶的工艺条件；
对炼得的所述钢锭进行强压快锻，获得研制锻件；
对所述研制锻件进行固溶热处理，然后进行低温锻造，冷作强化，强化变形量控制在12%-14%之间，得到高性能无磁不锈钢。
2.根据权利要求1所述的一种高性能无磁不锈钢的制造方法，其特征在于对炼得的所述钢锭进行强压快锻获得所述研制锻件的具体过程包括以下步骤：
将所述钢锭进行修整，去除缺陷，表面打磨出白；
采用阶梯法分段加热所述钢锭；
加热完成且所述钢锭内部温度达到表面温度后采用FM法强压快锻，锻造比≥4。
3.根据权利要求2所述的一种高性能无磁不锈钢的制造方法，其特征在于采用阶梯法分段加热所述钢锭的具体要求为：所述钢锭入炉温度≤250℃，在20℃-560℃之间时，每小时升温≤50℃，在560℃-850℃之间时，每小时升温80℃，在850℃-1200℃之间时，每小时升温120℃，加热至1200℃后保温。
4.根据权利要求2所述的一种高性能无磁不锈钢的制造方法，其特征在于采用FM法宽钻进行锻造的始锻温度为1180±10℃、终锻温度≥900±10℃，所述固溶热处理的温度为1050±10℃；所述低温锻造的温度为620℃-700℃。
5.根据权利要求1所述的一种高性能无磁不锈钢的制造方法，其特征在于在EF熔炼过程中加入如下组分的复合脱氧剂：C≤0.45%，20%≤Mn≤22.1%，8%≤Si≤9%，4%≤Al≤4.5%，4%≤Ca≤5%，其余为Fe；使其与钢水中氧化物、硫化物形成钢渣，在氧化期后期、还原期后期和出钢前三次扒渣，清除钢水中的非金属夹杂物，净化钢水。
6.根据权利要求1所述的一种高性能无磁不锈钢的制造方法，其特征在于EF熔炼后，出钢进入VOD真空精炼炉进行精炼时，脱碳，使C≤0.03%，脱气，使﹝H﹞≤2ppm、使﹝O﹞≤20ppm；VOD精炼后注锭前要求先对模腔进行预热，预热温度≥80℃。
7.根据权利要求1所述的一种高性能无磁不锈钢的制造方法，其特征在于对所述原材料进行净化处理的具体过程如下：用5-7%的稀硫酸清洗所述原材料，再用清水再次清洗，然后进行烘干。
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