CN110760755A - 耐腐蚀低成本精制环保型不锈钢丝的制造工艺 - Google Patents

耐腐蚀低成本精制环保型不锈钢丝的制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀低成本精制环保型不锈钢丝的制造工艺，包括如下工艺步骤：采用铬铁合金及镍铁合金配料；将配料顺次加入电弧炉加热熔化，并检测各元素含量，检测时保温，根据检测结果再调整各种化学成分，然后造渣，当炉温达到1650℃后，扒渣、出钢；在电弧炉出口处设置高度上低于炉腔底壁的螺旋流道；检测的元素为C、Si、Mn、Cr、Ni、P、S；将初炼炉钢水入炉后，通过向炉内吹入Ar(N2)+O2混合气体，并检测N的含量，吹炼过程分为氧化期、还原期、精练期；连铸；连轧后制成线材。本发明取钢水时只需开闭钢水阀门即可取到成分较为均一的钢水，提高检测结果的准确性且降低成本提高生产效率；在不降低不锈性的前提下，Ni含量降低但耐腐率提高。

Description

耐腐蚀低成本精制环保型不锈钢丝的制造工艺
技术领域
本发明涉及耐腐蚀低成本精制环保型不锈钢丝的制造工艺。
背景技术
目前，国内外生产不锈钢的方法基本上是采用矿热电炉生产出的粗镍合金块及铬铁合金块作为主要原料，由于原料是固态冷料，需电弧炉再次熔化，在电弧炉熔化，通过AOD精炼炉与其他原料按一定比例配比，通过脱碳、脱磷等过程后，再进行氧化和最终精炼，完成液态合金成分和温度的调整，最终变成不锈钢。生产环节多，产品成材时间长，成本高，增加投资设备(粗镍合金和铬铁合金浇铸系统及粗镍合金和铬铁合金电弧炉熔化设备)及堆存场地和车辆运输系统，环境污染较大，不环保。Ni是奥氏体钢中重要元素，它是形成奥氏体的首选元素。Ni对不锈钢的贡献是多方面，除能形成稳定奥氏体外，由于不锈钢Cr-Ni共存，可促进不锈钢纯化膜稳定性，可显著提高不锈钢塑、韧性，可降低不锈钢的脆性转变温度，具有抗低温和抗磁性及对冷变形和焊接性有利等。但是，镍金属是稀缺且价格昂贵的材料，全世界的镍产量中约有60％用于生产不锈钢，不锈钢的成本和售价往往随着镍价的涨跌而波动，近年来镍价波动特别大，严重影响不锈钢的生产与销售，如何研发出Ni含量降低但耐腐率提高的不锈钢线材很有必要；另外，在制备不锈钢线材的过程中，需要检测各元素的含量，这就需要停止设备，取出部分钢水冷却后检测，取钢水的过程必须停止相关设备并使得电弧炉保温，这样既使得生产成本提高，还降低了生产效率，并且为了取到成分均一的钢水，需要在炉腔中不同部位取一定量的钢水后再混合后检测。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供耐腐蚀低成本精制环保型不锈钢丝的制造工艺，取钢水时只需开闭钢水阀门即可取到成分很均一的钢水，提高检测结果的准确性且降低成本提高生产效率；在不降低不锈性的前提下，Ni含量降低但耐腐率提高。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种耐腐蚀低成本精制环保型不锈钢丝的制造工艺，包括如下工艺步骤：
S1：采用铬铁合金及镍铁合金配料；
S2：将配料顺次加入电弧炉加热熔化，并检测各元素含量，检测时保温，根据检测结果再调整各种化学成分，然后造渣，当炉温达到1650℃后，扒渣、出钢；
在电弧炉出口处设置高度上低于炉腔底壁的螺旋流道；检测的元素为C、Si、Mn、Cr、Ni、P、S；
S3：将初炼炉钢水入炉后，通过向炉内吹入Ar与O2的混合气体，并检测N的含量，吹炼过程分为氧化期、还原期、精练期；
S4：连铸；
S5：连轧后制成线材；
S6：采用S5步骤制成的线材制备钢丝，步骤依次如下：皮膜处理、烘干、通过多头连续拉丝机对烘干后的不锈钢线材进行拉拔、光亮退火。在所述S3步骤中，也可采用N2与O2的混合气体。由于采用螺旋流道，可以在取钢水时在炉腔内形成一定的涡旋水流，这样能够使得取得的钢水成分相较于以往取得的钢水成分更加均一，使得检测结果更准确。
进一步的技术方案是，在S2步骤中，电弧炉上还设有若干个检测口，每个检测口处均设置高度上低于炉腔底壁的螺旋流道。这样在炉腔底壁上开设多个检测口，取样时可以选择依次打开其中几个检测口上的钢水阀门，使得取得的样(也即钢水)并非在炉腔的某个部位，而是多处取样，但依次打开的顺序而非同时打开多个钢水阀门避免了形成多个涡旋水流互相影响的情况，保证了取样过程的稳定、取样其成分的均一性。
进一步的技术方案是，电弧炉上还设有一个与炉腔相连通的压缩空气进口。这样的设置增强了形成涡旋水流的几率及涡旋水流的速度，使得炉腔内的钢水流动性增强，增加取得钢水的均一性。
进一步的技术方案为，在S2步骤中，C的含量控制在0.70％～0.90％。
进一步的技术方案为，在S3步骤中，氧化期终点C含量为0.08％以下，达到后扒渣；
还原期：加入适量造渣剂，石灰+CaF2及Fe-Si、CaSi或Al粉，造还原渣，碱度为2.0～2.2，使Cr、Mn元素还原；同时进行脱S，扒渣后脱S率达70％；
精炼期：检测钢水各组成成分，根据化验结果，对Cr、Mn、Nb等各成分进行调整，调整后成分达到目标值，钢水温度控制在1700±10℃后，扒渣、出钢，钢包钢水转入中间包进行连铸。奥氏体不锈钢中一般不采用C作为形成奥氏体的元素，因为随着钢中C含量的增加，钢的塑、韧性、耐蚀性、冷成型性、焊接性等显著降低，但是作为弹簧用不锈钢，C含量过低，硬化系数会随之下降，抗拉强度就会降低，同时疲劳寿命也会降低，因此一定要适当控制C含量范围，本发明把C含量在0.06％～0.10％是比较理想的。
Mn是较理想的替代Ni的元素，用2％Mn是可以替代1％Ni元素形成奥氏体的，所以本发明中，与304牌号不锈钢相比，提高2％Mn降低1％Ni，确定Ni 7.0％～8.0％，Mn 3.0％～5.0％是合理的。
近年来N元素在不锈钢中被大量采用，因为通过固溶强化N可显著提高钢的强度，同时使钢的塑韧性良好，另外钢中含有足够量铬元素，N可提高钢纯化能力，能提高奥氏体不锈钢耐蚀性。目前国外含N不锈钢最高含N量可达0.60％，一般含N量超过0.30％时，需采用特殊加入方法，操作比较困难，因此本发明含N量确定为0.15％～0.25％是比较合适的。铌作为不锈钢中强烈形成碳、氮化合物的稳定元素，主要用于防止钢中Cr与C结合形成铬碳化物导致铬浓度降低而使耐蚀性下降，特别是引起晶间腐蚀。Nb在钢中还有固定碳的作用，可以提高钢的强度，尤其是对高温强度贡献较大。但是Nb N对钢的热塑性不利，所以把Nb含量控制在0.08％～0.12％范围内是合适的。
进一步的技术方案为，在S4步骤中，钢水依次通过中间包水口、结晶器、拉坯，速度3m/分，方坯规格为150mm×150mm。
进一步的技术方案为，在S5步骤中，方坯检查后，对缺陷进行清除，修磨后再进入加热炉加热，保温均热，炉温达到1200℃～1250℃出炉开轧，依次经粗轧机-中轧机-精轧机-吐丝机-水淬设备，固溶处理后，收线、酸洗、打捆、称量、检验、包装、入库。
进一步的技术方案为，在S6步骤中，光亮热处理炉其炉温为1100±50℃，连续光亮热处理时在连续光亮热处理炉其炉管内通入氨分解气体，通过氨分解后得到75％H2与25％N2的混合保护气体，混合保护气体其露点温度为-55℃～-60℃。
本发明的优点和有益效果在于：取钢水时只需开闭钢水阀门即可取到成分较为均一的钢水，提高检测结果的准确性且降低成本提高生产效率；在不降低不锈性的前提下，Ni含量降低但耐腐率提高；由于采用螺旋流道，可以在取钢水时在炉腔内形成一定的涡旋水流，这样能够使得取得的钢水成分相较于以往取得的钢水成分更加均一，使得检测结果更准确。在炉腔底壁上开设多个检测口，取样时可以选择依次打开其中几个检测口上的钢水阀门，使得取得的样(也即钢水)并非在炉腔的某个部位，而是多处取样，但依次打开的顺序而非同时打开多个钢水阀门避免了形成多个涡旋水流互相影响的情况，保证了取样过程的稳定、取样其成分的均一性；压缩空气进口的设置增强了形成涡旋水流的几率及涡旋水流的速度，使得炉腔内的钢水流动性增强，增加取得钢水的均一性。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明是耐腐蚀低成本精制环保型不锈钢丝的制造工艺，包括如下工艺步骤：
S1：采用铬铁合金及镍铁合金配料；
S2：将配料顺次加入电弧炉加热熔化，并检测各元素含量，检测时保温，根据检测结果再调整各种化学成分，然后造渣，当炉温达到1650℃后，扒渣、出钢；
在电弧炉出口处设置高度上低于炉腔底壁的螺旋流道；检测的元素为C、Si、Mn、Cr、Ni、P、S；
S3：将初炼炉钢水入炉后，通过向炉内吹入Ar(N2)+O2混合气体，并检测N的含量，吹炼过程分为氧化期、还原期、精练期；
S4：连铸；
S5：连轧后制成线材；
S6：采用S5步骤制成的线材制备钢丝，步骤依次如下：皮膜处理、烘干、通过多头连续拉丝机对烘干后的不锈钢线材进行拉拔、光亮退火。在S2步骤中，电弧炉上还设有若干个检测口，每个检测口处均设置高度上低于炉腔底壁的螺旋流道。电弧炉上还设有一个与炉腔相连通的压缩空气进口。在S2步骤中，C的含量控制在0.70％～0.90％。在S3步骤中，氧化期终点C含量为0.08％以下，达到后扒渣；
还原期：加入适量造渣剂，石灰+CaF2及Fe-Si、CaSi或Al粉，造还原渣，碱度为2.0～2.2，使Cr、Mn元素还原；同时进行脱S，扒渣后脱S率达70％；
精炼期：检测钢水各组成成分，根据化验结果，对Cr、Mn、Nb等各成分进行调整，调整后成分达到目标值，钢水温度控制在1700±10℃后，扒渣、出钢，钢包钢水转入中间包进行连铸。在S4步骤中，钢水依次通过中间包水口、结晶器、拉坯，速度3m/分，方坯规格为150mm×150mm。在S5步骤中，方坯检查后，对缺陷进行清除，修磨后再进入加热炉加热，保温均热，炉温达到1200℃～1250℃出炉开轧，依次经粗轧机-中轧机-精轧机-吐丝机-水淬设备，固溶处理后，收线、酸洗、打捆、称量、检验、包装、入库。在S6步骤中，光亮热处理炉其炉温为1100±50℃，连续光亮热处理时在连续光亮热处理炉其炉管内通入氨分解气体，通过氨分解后得到75％H2与25％N2的混合保护气体，混合保护气体其露点温度为-55℃～-60℃。
工艺流程具体如下：
配料-电弧炉冶炼-AOD炉精练-钢包-中间包-连铸-连轧机-固溶处理-收线-酸洗-打捆-包装-入库。
1)配料
清洁废钢+Cr及Ni废金属+石灰等造渣材料等；(也可用高碳铬铁及高碳镍铁等)；
2)电弧炉炼钢
将配料材料依次加入电弧炉后，通电加热熔化，化验C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni，依据化验结果再调整各种化学成分，造渣，当炉温达到1650℃后，扒渣、出钢；(控C含量为0.70％～0.90％)
3)AOD精炼炉
将初炼炉钢水入炉后，通过向炉内吹入Ar(N2)+O2混合气体，并检测N的含量，吹炼过程分为氧化期、还原期、精练期；
氧化期主要是任务降C，终点C为0.08％以下，扒渣；
还原期：加入适量造渣剂，石灰+CaF2及Fe-Si、CaSi或Al粉等，造还原渣，碱度为2.0～2.2，使Cr、Mn元素还原，一般Cr、Mn元素回收率达95％左右；同时进行脱S，扒渣后脱S率达70％；精炼期：检测钢水各组成成分，根据化验结果，对Cr、Mn、Nb等各成分进行调整，(因为Ni元素基本不氧化，收得率一般在97％以上)调整后成分达到目标值，钢水温度控制在1700±10℃后，扒渣、出钢，钢包钢水可转入中间包进行连铸；
4)连铸
钢水通过中间包水口——结晶器——拉坯，速度3M/分左右，方坯规格一般为150mm×150mm；
5)连轧
方坯检查后，对缺陷进行清除，修磨后再进入加热炉加热，保温均热，炉温达到1200℃～1250℃出炉开轧，一般由粗轧机-中轧机-精轧机-吐丝机-水淬(1050℃～1100℃)，固溶处理后，收线、酸洗、打捆、称量、检验、包装、入库。
6)成品线材直径为5.5～15mm，每盘重约为1t～2t。
制成的奥氏体不锈钢线材的组成按重量百分比为：C 0.06％～0.10％，Si≤1.00％，Mn 3.0％～5.0％，P≤0.04％，S≤0.03％，Cr 18.0％～19.0％，Ni 7.0％～8.0％，Nb 0.08％～0.12％，N 0.15％～0.25％，余量为Fe；
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.耐腐蚀低成本精制环保型不锈钢丝的制造工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：
S1：采用铬铁合金及镍铁合金配料；
S2：将配料顺次加入电弧炉加热熔化，并检测各元素含量，检测时保温，根据检测结果再调整各种化学成分，然后造渣，当炉温达到1650℃后，扒渣、出钢；
在电弧炉出口处设置高度上低于炉腔底壁的螺旋流道；检测的元素为C、Si、Mn、Cr、Ni、P、S；
S3：将初炼炉钢水入炉后，通过向炉内吹入Ar与O2的混合气体，并检测N的含量，吹炼过程分为氧化期、还原期、精练期；
S4：连铸；
S5：连轧后制成线材；
S6：采用S5步骤制成的线材制备钢丝，步骤依次如下：皮膜处理、烘干、通过多头连续拉丝机对烘干后的不锈钢线材进行拉拔、光亮退火。
2.如权利要求1所述的耐腐蚀低成本精制环保型不锈钢丝的制造工艺，其特征在于，在所述S2步骤中，电弧炉上还设有若干个检测口，每个检测口处均设置高度上低于炉腔底壁的螺旋流道。
3.如权利要求2所述的耐腐蚀低成本精制环保型不锈钢丝的制造工艺，其特征在于，电弧炉上还设有一个与炉腔相连通的压缩空气进口。
4.如权利要求3所述的耐腐蚀低成本精制环保型不锈钢丝的制造工艺，其特征在于，在所述S2步骤中，C的含量控制在0.70％～0.90％。
5.如权利要求4所述的耐腐蚀低成本精制环保型不锈钢丝的制造工艺，其特征在于，在所述S3步骤中，氧化期终点C含量为0.08％以下，达到后扒渣；
还原期：加入适量造渣剂，石灰+CaF2及Fe-Si、CaSi或Al粉，造还原渣，碱度为2.0～2.2，使Cr、Mn元素还原；同时进行脱S，扒渣后脱S率达70％；
精炼期：检测钢水各组成成分，根据化验结果，对Cr、Mn、Nb等各成分进行调整，调整后成分达到目标值，钢水温度控制在1700±10℃后，扒渣、出钢，钢包钢水转入中间包进行连铸。
6.如权利要求5所述的耐腐蚀低成本精制环保型不锈钢丝的制造工艺，其特征在于，在所述S4步骤中，钢水依次通过中间包水口、结晶器、拉坯，速度3m/分，方坯规格为150mm×150mm。
7.如权利要求6所述的耐腐蚀低成本精制环保型不锈钢丝的制造工艺，其特征在于，在所述S5步骤中，方坯检查后，对缺陷进行清除，修磨后再进入加热炉加热，保温均热，炉温达到1200℃～1250℃出炉开轧，依次经粗轧机-中轧机-精轧机-吐丝机-水淬设备，固溶处理后，收线、酸洗、打捆、称量、检验、包装、入库。
8.如权利要求6所述的耐腐蚀低成本精制环保型不锈钢丝的制造工艺，其特征在于，在所述S6步骤中，光亮热处理炉其炉温为1100±50℃，连续光亮热处理时在连续光亮热处理炉其炉管内通入氨分解气体，通过氨分解后得到75％H2与25％N2的混合保护气体，混合保护气体其露点温度为-55℃～-60℃。
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