CN111074041A - 一种提高304l不锈钢纯净度的方法 - Google Patents

一种提高304l不锈钢纯净度的方法 Download PDF

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杨平
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Abstract

本发明提供了一种提高304L不锈钢纯净度的方法，包括：1)304L不锈钢毛坯的制备；2)采用机械法或高压水清除法的任意一种去除304L不锈钢毛坯表面的氧化皮；3)自耗电极棒的制备；4)对精整得到的自耗电极棒进行真空自耗重熔，获得自耗锭，得到高纯净度的304L不锈钢；本发明所采用方法制备的高纯净度的304L不锈钢具备更高的钢质纯净度，内部组织均匀性更佳，更适用于医用器械中，尤其是用于医疗x射线球管，且本发明工艺简单，适合规模化生产。

Description

一种提高304L不锈钢纯净度的方法
技术领域
本发明属于不锈钢制造技术领域，具体涉及一种提高304L不锈钢纯净度的方法。
背景技术
X射线广泛用于CT扫描仪，产生X射线的核心部件是X射线球管，球管产生X射线主要有四个条件：1.阴极灯丝，作用是电流通过灯丝并加热灯丝，使灯丝溢出电子；2.阳极靶面，分为固定阳极靶面(功率较小)和旋转阳极靶面(功率较大)，作用是阻挡电子使电子与阳极靶面碰撞产生X射线，阳极靶面材料为铼、钨、铑、钼等或其合金；3.球管的高真空环境，作用是使电子在前进过程中不受阻挡，且真空环境下阳极和阴极金属不易氧化；4.阴极阳极之间所夹高压，作用是使灯丝溢出的电子加速，提供电子碰撞阳极靶面的动能。
304L奥氏体不锈钢是X射线球管常用材料之一。304L不锈钢作为X射线球管的管壁材质，管壳厚度只有4mm，最薄的地方厚度只有1mm，在高温高真空状态下使用，如果材料内部有夹杂或微裂纹，特别容易产品慢漏或开裂。因此，获得高纯净度的304L奥氏体不锈钢能够有效地改善X射线球管的使用性能，避免X射线球管管壁的慢漏或开裂。
发明内容
本发明的目的是为了获得高纯净度的304L奥氏体不锈钢来改善X射线球管的使用性能，提供了一种提高304L不锈钢纯净度的方法，能够有效地提高304L不锈钢的纯净度。
本发明的技术方案为：一种提高304L不锈钢纯净度的方法，包括以下步骤：
步骤一：304L不锈钢毛坯的制备
将原料钢材放入真空感应熔炼炉的坩埚中，并对真空感应熔炼炉进行第一次抽真空至真空感应熔炼炉中的真空度为8～10Pa后对原料进行第一次预热处理；然后向真空感应熔炼炉中充入惰性气体后在进行第二次抽真空处理至真空感应熔炼炉中的真空度为5～8Pa后对原料进行第二次预热处理；第一次预热处理温度为350～500℃，预热时间为10～15min；第二次预热处理温度为550～700℃，预热时间为5～8min；然后将真空感应熔炼炉中的真空度抽低至2Pa后将原料加热至全部熔化进行精炼，且在进行精炼时向真空感应熔炼炉中充入惰性气体；精炼并调控钢液中的化学成分和夹杂物，出钢浇铸得到304L不锈钢毛坯；
步骤二：去除表层的氧化皮
采用机械法或高压水清除法的任意一种去除304L不锈钢毛坯表面的氧化皮；
步骤三：自耗电极棒的制备
对去除表面氧化皮的304L不锈钢毛坯进行精整得到自耗电极棒；
步骤四：真空自耗重熔
对精整得到的自耗电极棒进行真空自耗重熔，获得自耗锭，得到高纯净度的304L不锈钢。
进一步地，步骤一所述惰性气体采用质量纯度为99.99％的氩气；利用高纯度的氩气能够有效地减少在真空熔炼时有害杂质元素随着氩气进入钢液中，高纯度的氩气含氧量：≤1.5PPM，含氮量：≤50PPM，总碳量：≤4PPM，含水量：≤3PPM。
进一步地，步骤一所述精炼时，控制真空感应熔炼炉内温度1550～1600℃，时间15～25min，并进行5～8次搅拌；进行搅拌能够有效地缩短脱气时间、提高生产效率。
进一步地，步骤三所述精整的具体步骤为：去除表面氧化皮的304L不锈钢毛坯进行车光；进行车光后的不锈钢毛坯能够更便捷的与假电极保证同心度焊接在一起。
进一步地，步骤四所述真空自耗重熔过程中的电压为20～22V；电流为6000～13000A；具体步骤为：将自耗电极棒与假电极保证同心度焊接在一起，然后进行预抽真空处理后开始起弧，起弧电流为6000A；起弧3分钟后以每分钟增加1000A将电流逐步整至13000A，然后采用恒熔速控制模式，熔速为控制熔速为3～3.5kg/min，得到高纯净度的304L不锈钢；真空自耗重熔能够有效地去除易挥发的杂质。
更进一步地，步骤四所述真空自耗重熔过程中的电压为22V；电流为9000～11000A；具体步骤为：保证自耗电极棒须切除帽口并平头，表面滚磨后保证同心度与假电极焊接在一起；然后采取降功率熔炼的方式，进行预抽真空处理后开始起弧，起弧电流为11000A，以300～500A/3h的速率降至9000A后，采用恒熔速控制模式，熔速为控制熔速为4.0kg/min，能够得到更高纯净度的304L不锈钢。
进一步地，步骤四所述预抽真空处理时降低真空度为0.5Pa后开始起弧，并充入惰性保护气体；在惰性气体的保护下，能有效的减少杂质元素含量。
更进一步地，步骤四所述惰性保护气体采用He、Ne、Ar按照体积比为5：2：8的混合气体；利用采用He、Ne、Ar的混合气体能够有效地防止钢液氧化、吸气；并且惰性气体Ar具有电弧燃烧稳定和能力量消耗低的特点，利用其能够对重溶后的钢液进行补溶。
本发明的有益效果为：本发明所采用方法制备的高纯净度的304L不锈钢具备更高的钢质纯净度，内部组织均匀性更佳，更适用于医用器械中，尤其是用于医疗x射线球管，且本发明工艺简单，适合规模化生产；与常规的冶炼方法相比，本发明方法能够有效地降低磷、硫等有害元素的含量，并且，本发明在对不锈钢在第一次熔炼时，与第二次重溶时均采用惰性气体进行保护，在惰性气体的保护下，能有效的减少杂质元素含量；将本发明所制备的高纯度304L不锈钢应用至X射线球管管壁上，能够有效地避免管壁的慢漏或开裂。
具体实施方式
实施例1：一种提高304L不锈钢纯净度的方法，包括以下步骤：
步骤一：304L不锈钢毛坯的制备
将原料钢材放入真空感应熔炼炉的坩埚中，并对真空感应熔炼炉进行第一次抽真空至真空感应熔炼炉中的真空度为8Pa后对原料进行第一次预热处理；然后向真空感应熔炼炉中充入惰性气体后在进行第二次抽真空处理至真空感应熔炼炉中的真空度为5Pa后对原料进行第二次预热处理；第一次预热处理温度为350℃，预热时间为10min；第二次预热处理温度为550℃，预热时间为5min；然后将真空感应熔炼炉中的真空度抽低至2Pa后将原料加热至全部熔化进行精炼，且在进行精炼时向真空感应熔炼炉中充入惰性气体；精炼并调控钢液中的化学成分和夹杂物，出钢浇铸得到304L不锈钢毛坯；其中，惰性气体采用质量纯度为99.99％的氩气；进行精炼时，控制真空感应熔炼炉内温度1550℃，时间15min，并进行5次搅拌；
步骤二：去除表层的氧化皮
采用高压水清除法去除304L不锈钢毛坯表面的氧化皮；
步骤三：自耗电极棒的制备
对去除表面氧化皮的304L不锈钢毛坯进行精整得到自耗电极棒；具体为：对去除表面氧化皮的304L不锈钢毛坯进行车光；
步骤四：真空自耗重熔
对精整得到的自耗电极棒进行真空自耗重熔，获得自耗锭，得到高纯净度的304L不锈钢，其中，真空自耗重熔过程中的电压为20V；电流为6000～13000A；具体步骤为：将自耗电极棒与假电极保证同心度焊接在一起，然后进行预抽真空处理，直至降低真空度为0.5Pa后开始起弧，并充入惰性保护气体，起弧电流为6000A；起弧3分钟后以每分钟增加1000A将电流逐步整至13000A，然后采用恒熔速控制模式，熔速为控制熔速为3kg/min，得到高纯净度的304L不锈钢；其中，步骤四所述惰性保护气体采用He、Ne、Ar按照体积比为5：2：8的混合气体。
实施例2：一种提高304L不锈钢纯净度的方法，包括以下步骤：
步骤一：304L不锈钢毛坯的制备
将原料钢材放入真空感应熔炼炉的坩埚中，并对真空感应熔炼炉进行第一次抽真空至真空感应熔炼炉中的真空度为9Pa后对原料进行第一次预热处理；然后向真空感应熔炼炉中充入惰性气体后在进行第二次抽真空处理至真空感应熔炼炉中的真空度为6Pa后对原料进行第二次预热处理；第一次预热处理温度为450℃，预热时间为13min；第二次预热处理温度为650℃，预热时间为5～8min；然后将真空感应熔炼炉中的真空度抽低至2Pa后将原料加热至全部熔化进行精炼，且在进行精炼时向真空感应熔炼炉中充入惰性气体；精炼并调控钢液中的化学成分和夹杂物，出钢浇铸得到304L不锈钢毛坯；其中，惰性气体采用质量纯度为99.99％的氩气；进行精炼时，控制真空感应熔炼炉内温度1580℃，时间20min，并进行6次搅拌；
步骤二：去除表层的氧化皮
采用高压水清除法去除304L不锈钢毛坯表面的氧化皮；
步骤三：自耗电极棒的制备
对去除表面氧化皮的304L不锈钢毛坯进行精整得到自耗电极棒；具体为：对去除表面氧化皮的304L不锈钢毛坯进行车光；
步骤四：真空自耗重熔
对精整得到的自耗电极棒进行真空自耗重熔，获得自耗锭，得到高纯净度的304L不锈钢；其中，真空自耗重熔过程中的电压为21V；电流为6000～13000A；具体步骤为：将自耗电极棒与假电极保证同心度焊接在一起，然后进行预抽真空处理，直至降低真空度为0.5Pa后开始起弧，并充入惰性保护气体，起弧电流为6000A；起弧3分钟后以每分钟增加1000A将电流逐步整至13000A，然后采用恒熔速控制模式，熔速为控制熔速为3.2kg/min，得到高纯净度的304L不锈钢；其中，步骤四所述惰性保护气体采用He、Ne、Ar按照体积比为5：2：8的混合气体。
实施例3：一种提高304L不锈钢纯净度的方法，包括以下步骤：
步骤一：304L不锈钢毛坯的制备
将原料钢材放入真空感应熔炼炉的坩埚中，并对真空感应熔炼炉进行第一次抽真空至真空感应熔炼炉中的真空度为10Pa后对原料进行第一次预热处理；然后向真空感应熔炼炉中充入惰性气体后在进行第二次抽真空处理至真空感应熔炼炉中的真空度为8Pa后对原料进行第二次预热处理；第一次预热处理温度为500℃，预热时间为15min；第二次预热处理温度为700℃，预热时间为8min；然后将真空感应熔炼炉中的真空度抽低至2Pa后将原料加热至全部熔化进行精炼，且在进行精炼时向真空感应熔炼炉中充入惰性气体；精炼并调控钢液中的化学成分和夹杂物，出钢浇铸得到304L不锈钢毛坯；其中，惰性气体采用质量纯度为99.99％的氩气；进行精炼时，控制真空感应熔炼炉内温度1600℃，时间25min，并进行8次搅拌；
步骤二：去除表层的氧化皮
采用机械法去除304L不锈钢毛坯表面的氧化皮；
步骤三：自耗电极棒的制备
对去除表面氧化皮的304L不锈钢毛坯进行精整得到自耗电极棒；具体为：对去除表面氧化皮的304L不锈钢毛坯进行车光；
步骤四：真空自耗重熔
对精整得到的自耗电极棒进行真空自耗重熔，获得自耗锭，得到高纯净度的304L不锈钢；其中，真空自耗重熔过程中的电压为22V；电流为6000～13000A；具体步骤为：将自耗电极棒与假电极保证同心度焊接在一起，然后进行预抽真空处理，直至降低真空度为0.5Pa后开始起弧，并充入惰性保护气体，起弧电流为6000A；起弧3分钟后以每分钟增加1000A将电流逐步整至13000A，然后采用恒熔速控制模式，熔速为控制熔速为3.5kg/min，得到高纯净度的304L不锈钢；其中，步骤四所述惰性保护气体采用He、Ne、Ar按照体积比为5：2：8的混合气体。
实施例4：与实施例1不同的是：步骤四所述真空自耗重熔过程中的电压为22V；电流为9000～11000A；具体步骤为：保证自耗电极棒须切除帽口并平头，表面滚磨后保证同心度与假电极焊接在一起；然后采取降功率熔炼的方式，进行预抽真空处理后开始起弧，起弧电流为11000A，以300～500A/3h的速率降至9000A后，采用恒熔速控制模式，熔速为控制熔速为4.0kg/min，得到高纯净度的304L不锈钢。
实验例1：取实施例1～4制备的304L不锈钢成品进行成分分析检测，测试结果如表1、表2所示。
表1 实施例1～4制备的304L不锈钢化学成分标准值和复验实测值
Figure BDA0002322186290000071
表2实施例1～4制备的304L不锈钢化学成分标准值和复验实测值
Figure BDA0002322186290000072
结论：由上表可发现，采用本发明所制备的304L不锈钢成品其纯净度均明显增高。
实验例2：利用实施例1～4所制备高纯度304L不锈钢材料与常规304L不锈钢材料分别制备3组长为10cm、宽为2cm、厚度为5mm的不锈钢条进行弯曲抗裂实验；具体步骤为：实验者双手持不锈钢条进行弯曲塑性变形，直至变形角度小于90°后，改变加力方向，使得反向达到变形角度，此过程为一个周期；进行周期性的弯曲塑性变形，直至不锈钢条断裂；并且对每组断裂的周期次数进行记录，取三组平均值，记录如下表：
Figure BDA0002322186290000081
结论：由上表可发现，采用本发明所制备的304L不锈钢能够经受更多次数的弯曲塑性变形。

Claims (8)

1.一种提高304L不锈钢纯净度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：304L不锈钢毛坯的制备
将原料钢材放入真空感应熔炼炉的坩埚中，并对真空感应熔炼炉进行第一次抽真空至真空感应熔炼炉中的真空度为8～10Pa后对原料进行第一次预热处理；然后向真空感应熔炼炉中充入惰性气体后在进行第二次抽真空处理至真空感应熔炼炉中的真空度为5～8Pa后对原料进行第二次预热处理；第一次预热处理温度为350～500℃，预热时间为10～15min；第二次预热处理温度为550～700℃，预热时间为5～8min；然后将真空感应熔炼炉中的真空度抽低至2Pa后将原料加热至全部熔化进行精炼，且在进行精炼时向真空感应熔炼炉中充入惰性气体；精炼并调控钢液中的化学成分和夹杂物，出钢浇铸得到304L不锈钢毛坯；
步骤二：去除表层的氧化皮
采用机械法或高压水清除法的任意一种去除304L不锈钢毛坯表面的氧化皮；
步骤三：自耗电极棒的制备
对去除表面氧化皮的304L不锈钢毛坯进行精整得到自耗电极棒；
步骤四：真空自耗重熔
对精整得到的自耗电极棒进行真空自耗重熔，获得自耗锭，得到高纯净度的304L不锈钢。
2.如权利要求1所述的一种提高304L不锈钢纯净度的方法，其特征在于，步骤一所述惰性气体采用质量纯度为99.99％的氩气。
3.如权利要求1所述的一种提高304L不锈钢纯净度的方法，其特征在于，步骤一所述精炼时，控制真空感应熔炼炉内温度1550～1600℃，时间15～25min，并进行5～8次搅拌。
4.如权利要求1所述的一种提高304L不锈钢纯净度的方法，其特征在于，步骤三所述精整的具体步骤为：去除表面氧化皮的304L不锈钢毛坯进行车光。
5.如权利要求1所述的一种提高304L不锈钢纯净度的方法，其特征在于，步骤四所述真空自耗重熔过程中的电压为20～22V；电流为6000～13000A；具体步骤为：将自耗电极棒与假电极保证同心度焊接在一起，然后进行预抽真空处理后开始起弧，起弧电流为6000A；起弧3分钟后以每分钟增加1000A将电流逐步整至13000A，然后采用恒熔速控制模式，熔速为控制熔速为3～3.5kg/min，得到高纯净度的304L不锈钢。
6.如权利要求5所述的一种提高304L不锈钢纯净度的方法，其特征在于，步骤四所述预抽真空处理时降低真空度为0.5Pa后开始起弧，并充入惰性保护气体。
7.如权利要求6所述的一种提高304L不锈钢纯净度的方法，其特征在于，步骤四所述惰性保护气体采用He、Ne、Ar按照体积比为5：2：8的混合气体。
8.如权利要求1所述的一种提高304L不锈钢纯净度的方法，其特征在于，步骤一采用两次预加热后熔炼的方式制备304L不锈钢毛坯。
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