CN112126843B - 一种6%Mo超级奥氏体不锈钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种6％Mo超级奥氏体不锈钢及其制备方法。所述制备方法包括：(1)将本钢种返回料与合金原料进行配料；(2)将配料加入电炉，待炉内配料全部熔化，加入硅铁进行还原，出钢后扒渣；(3)将钢水转入AOD炉进行冶炼，冶炼过程全程吹N2，然后吹O2脱碳的同时加入金属原料，待碳达到目标含量后停止吹O2，调整温度后依次加入硅铁、钢铝丸及金属锰，扒渣、出钢；(4)钢水进入LF炉，调整温度，待渣面铝粉化完后，采用喂线机加入硅钙线，开始强搅拌，强搅拌结束后加入硼铁，弱搅拌，出钢，得到6％Mo超级奥氏体不锈钢。本发明制备的6％Mo超级奥氏体不锈钢纯净度高，铸坯氧含量不超过0.0015％，通过添加适量B合金，提高了铸坯的加工性。

Description

一种6%Mo超级奥氏体不锈钢及其制备方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种6％Mo超级奥氏体不锈钢及其制备方法。
背景技术
随着经济与各类现代工业的迅速发展，传统不锈钢尤其奥氏体不锈钢面临着极大的挑战，尤其在一些对不锈钢强度及耐蚀性能要求比较高、工作环境比较恶劣的特殊行业中，传统奥氏体不锈钢性能上的一些缺点导致其在工业应用中受到了极大的限制。超级奥氏体不锈钢是基于传统奥氏体不锈钢发展而来，通过改变钢中合金元素的数量，形成了一类具有超低碳、高合金含量和综合性能优异的不锈钢，该类钢种在各个领域得到了广泛的应用，尤其在很多苛刻的工况环境中，如纸浆与造纸业、制药工业、化肥工业及海上等领域。
其中，含有6％Mo的S31254是目前应用最广泛的一种超级奥氏体不锈钢，其在氯化物环境中的耐蚀性尤为突出，包括耐点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和一般腐蚀的性能，同时在很多还原性酸介质中耐蚀性也优于其它钢种，适合在造纸漂泊处理、海水脱盐处理、热交换处理器和化工废气处理等一些超恶劣腐蚀环境中服役。
由于该钢种要求超低C(≤0.02wt％)，Mo含量较高(6-6.5wt％)，且N 含量也较高(0.18-0.22wt％)，此外，Cr、Ni含量也较高，还含有0.5-1.0wt％的Cu。同时，由于该钢种热加工时极易开裂，需要控制超低的P、S、O含量，并适当添加其它微量元素以改善热塑性，因此冶炼该钢种难度较大，需要采用合理的脱硫工艺、脱氧工艺、夹杂物控制工艺、N合金化工艺等，是不锈钢中生产工艺要求最高的钢种。
目前国内厂家主要采用电炉/中频炉+AOD(氩氧炉)+LF深处理的工艺路线进行生产，但是要冶炼出高纯净度、具有良好加工性能的铸坯，难度较大，目前生产过程中容易存在夹杂物含量高、成分命中率低、加工易开裂等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种6％Mo超级奥氏体不锈钢及其制备方法。
一方面，本发明提供了一种6％Mo超级奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将本钢种返回料与合金原料进行配料，其中，本钢种返回料的比例为20％-30％；
(2)将配料加入电炉，待炉内配料全部熔化，加入硅铁进行还原，出钢后进行扒渣，扒渣温度为1450℃-1650℃；
(3)将钢水转入AOD炉进行冶炼，冶炼过程全程吹N2，然后吹O2脱碳的同时加入金属原料，待碳达到目标含量后停止吹O2，调整温度至1600℃ -1700℃后依次加入硅铁、钢铝丸及金属锰，扒渣、出钢；
(4)钢水进入LF炉，调整温度至1520℃-1570℃，待渣面铝粉化完后，采用喂线机加入6-7米/吨钢硅钙线，开始强搅拌，强搅拌结束后加入硼铁，弱搅拌，出钢，得到6％Mo超级奥氏体不锈钢。
上述的6％Mo超级奥氏体不锈钢的制备方法，所述合金原料包括：镍铁、纯镍、金属铬、钼铁、电解锰、电解铜、氮化铬铁；所述金属原料为钼铁合金、金属铜和纯镍。
上述的6％Mo超级奥氏体不锈钢的制备方法，步骤(2)中，所述还原的时长为3-6分钟，所述出钢的温度≥1600℃。
上述的6％Mo超级奥氏体不锈钢的制备方法，步骤(3)中，吹O2脱碳前调整钢水温度至1450℃-1550℃，吹O2的流量为20-40m3/h/吨钢。
上述的6％Mo超级奥氏体不锈钢的制备方法，步骤(3)中包括，加入硅铁搅拌5-8分钟后再加入1.2-1.8kg/吨钢铝丸，再搅拌10-15分钟，加入金属锰调整锰成分至目标值。
上述的6％Mo超级奥氏体不锈钢的制备方法，步骤(3)中在所述扒渣后还包括：在钢水中加入0.5-0.9kg/吨钢铝粉，之后用石灰萤石造新渣，并用 1.1-1.4kg/吨钢铝粉和0.7-1.0kg/吨钢硅钙粉调渣。
上述的6％Mo超级奥氏体不锈钢的制备方法，步骤(3)中，出钢前吹氩，吹氩前温度控制在1540-1590℃，吹氩总量控制10-20Nm3/吨钢。
上述的6％Mo超级奥氏体不锈钢的制备方法，步骤(4)中，所述硼铁的加入量为0.4-0.6kg/吨钢，所述出钢的温度为1455-1475℃。
上述的6％Mo超级奥氏体不锈钢的制备方法，步骤(4)中，所述强搅拌包括：当AOD出钢钢水中N含量小于0.2％时吹N2，流量为700-900L/min，时长5-8min；当AOD出钢钢水中N含量在0.2％以上时吹Ar，流量为200-400 L/min，时长6-9min；所述弱搅拌包括：吹Ar，流量为50-100L/min，时长 15-20min。
另一方面，本发明提供了一种6％Mo超级奥氏体不锈钢，其由上述的 6％Mo超级奥氏体不锈钢的制备方法制备，按重量百分比计，包括：C≤ 0.020％，Si 0.4％-0.80％，Mn≤1.00％，P≤0.020％，S≤0.002％，Cr 19.50％-20.50％，Mo 6.00％-6.50％，N 0.18％-0.22％，Ni 17.50％-18.50％，Cu 0.50％-1.00％，B 0.0035％-0.0045％及余量的铁和不可避免的杂质。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
(1)本发明制备的6％Mo超级奥氏体不锈钢杂质元素含量低，铸坯的“五害元素”(Pb、Sn、As、Sb、Bi)的含量均不超过0.002％，P含量不超过0.02％， S含量不超过0.002％；
(2)本发明制备的6％Mo超级奥氏体不锈钢纯净度高，铸坯氧含量不超过0.0015％，按JK标准，A、B、C、D类粗系和细系级别均不超过1级；
(3)本发明制备的6％Mo超级奥氏体不锈钢成分命中率高，添加适量B 合金后，提高了铸坯的加工性。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
具体的，本发明的6％Mo超级奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将本钢种返回料与合金原料进行配料，其中，本钢种返回料的比例为20％-30％；
(2)将配料加入电炉，待炉内配料全部熔化，加入硅铁进行还原，出钢后进行扒渣，扒渣温度为1450℃-1650℃；
(3)将钢水转入AOD炉进行冶炼，冶炼过程全程吹N2，然后吹O2脱碳的同时加入金属原料，待碳达到目标含量后停止吹O2，调整温度至1600℃ -1700℃后依次加入硅铁、钢铝丸及金属锰，扒渣、出钢；
(4)钢水进入LF炉，调整温度至1520℃-1570℃，待渣面铝粉化完后，采用喂线机加入6-7米/吨钢硅钙线，开始强搅拌，强搅拌结束后加入硼铁，弱搅拌，出钢，得到6％Mo超级奥氏体不锈钢。
本发明通过控制电炉、AOD冶炼、LF处理等工序的关键工艺点，通过匹配合理的原料配比、脱碳工艺、脱硫工艺、脱氧工艺、还原、合金化顺序等，冶炼出高纯净度、低夹杂物含量、成分精确、命中率高且具有良好加工性能的铸坯。
其中，命中率指成分合格炉数/总炉数。
在一些优选的实施方式中，本发明的6％Mo超级奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将本钢种返回料与合金原料进行配料，其中，本钢种返回料的比例为20％-30％。
其中，所述合金原料主要包括：镍铁、纯镍、金属铬、钼铁、电解锰、电解铜、氮化铬铁等。
优选的，所述配料中“五害元素”(Pb、Sn、As、Sb、Bi)的含量均不超过0.002％，P含量均不超过0.01％，Co含量不超过0.1％。
本发明通过将本钢种返回料与合金原料进行配料，同时使本钢种返回料的比例控制在20-30％，使五害元素、P等杂质元素含量尽可能低，提高了本钢种的热加工性能、降低了冶炼难度并提高了经济性。
(2)将配料加入电炉，待炉内配料全部熔化，加入硅铁进行还原，出钢后进行扒渣，扒渣温度为1450℃-1650℃。
在本发明中，由于本钢种属高铬镍钢，堆密度较大，因此不得提前吹氧，防止钢水中铬的大量氧化。
优选的，钢液开始沸腾后，确认炉内原料是否全部熔化，待完全熔化后加入硅铁进行还原，还原时间3-6分钟。
进一步的，电炉的出钢温度≥1600℃，若未达到目标温度，则继续送电。以防止出钢过程温度降至液相线以下导致局部凝固。
进一步优选的，出钢后进行扒渣，扒渣温度控制在1450-1650℃，借此保证钢渣处于熔融状态并保持一定流动性。此外，本发明还要求扒渣后包内渣层的厚度≤30mm，以防止废渣中有害元素回到钢水中。
其中，电炉出钢成分要求如下：
元素 C P Cr Ni
控制范围(wt.％) 1-2％ ≤0.020 20-22 14-17
(3)将钢水转入AOD炉进行冶炼，冶炼过程全程吹N2，然后吹O2脱碳的同时加入金属原料，待碳达到目标含量后停止吹O2，调整温度至1600℃ -1700℃后依次加入硅铁、钢铝丸及金属锰，扒渣、出钢。
优选的，本发明中AOD炉的炉壳至少要保证使用15次以上，借此，防止新炉壳熔损导致钢水氧含量和夹杂物含量升高。
本发明在AOD炉冶炼时，通过全程吹氮气可以保证钢中的氮不损失。
优选的，吹O2脱碳前调整钢水温度至1450℃-1550℃，吹O2的流量为 20-40m3/h/吨钢。
其中，所述金属原料为钼铁合金、金属铜和纯镍，所述金属原料的量通过目标成分计算获得。
优选的，所述脱碳的目标碳含量≤0.02％，停止吹O2后，纯吹氮气，氮气的流量为40-50m3/h/吨钢。
优选的，本发明在吹氧脱碳后，将温度调整至1600℃-1700℃后进入还原期，首先，加入硅铁搅拌5-8分钟后再加入1.2-1.8kg/吨钢铝丸，再搅拌10-15 分钟，加入金属锰调整锰成分至目标值。用以降低钢液中的氧含量和夹杂物。
其中，所述硅铁的加入量根据目标Si成分进行计算获得，还原过程渣面二元碱度控制在1.5-2。
其中，所述扒渣的扒渣总量≥90％。
优选的，所述扒渣后还包括造新渣的步骤，具体包括：在钢水中加入 0.5-0.9kg/吨钢铝粉，之后用石灰、萤石造新渣，并用1.1-1.4kg/吨钢铝粉和 0.7-1.0kg/吨钢硅钙粉调渣，要求渣呈白色，确保钢中硫含量达到0.002％以下，同时降低渣液中的氧含量。
优选的，出钢前吹氩，吹氩前温度控制在1540-1590℃，吹氩总量控制 10-20Nm3/吨钢。
优选的，出钢后包中渣厚控制在80-150mm，这样既保证渣层的隔绝空气效果，又防止渣层过厚导致污染钢液。出钢后渣面散加0.3-0.6kg/吨钢铝粉，从而进一步降低钢渣中的氧含量。
其中，AOD出钢目标成分如下：
Figure BDA0002699690160000061
(4)钢水进入LF炉，调整温度至1520℃-1570℃，待渣面铝粉化完后，采用喂线机加入6-7米/吨钢硅钙线，开始强搅拌，强搅拌结束后加入硼铁，弱搅拌，出钢，得到6％Mo超级奥氏体不锈钢。
优选的，钢水进入LF炉后先吹2-3分钟氩气，将渣盖顶开后再送电，将温度调整至1520℃-1570℃。
本发明中，待渣面铝粉化完后，采用喂线机加入6-7米/吨钢硅钙线，使夹杂物变性为硅酸盐形态，有利于后续上浮。
优选的，所述硼铁的加入量为0.4-0.6kg/吨钢，以使LF出钢时钢水中B 的含量为0.0035％-0.0045％，以提高铸坯的加工性。
优选的，所述强搅拌包括：当AOD出钢钢水中N含量小于0.2％时吹N2，流量为700-900L/min，时长5-8min；当AOD出钢钢水中N含量在0.2％以上时吹Ar，流量为200-400L/min，时长6-9min；所述弱搅拌包括：吹Ar，流量为50-100L/min，时长15-20min。本发明通过强搅拌和弱搅拌可以保证钢液均匀升温，同时使夹杂物充分上浮。
进一步优选的，所述出钢的温度为1455-1475℃。
LF出钢成分要求：
Figure BDA0002699690160000071
另一方面，本发明还提供了由上述方法制备的6％Mo超级奥氏体不锈钢，按重量百分比计，包括：C≤0.020％，Si 0.4％-0.80％，Mn≤1.00％，P≤0.020％， S≤0.002％，Cr19.50％-20.50％，Mo 6.00％-6.50％，N 0.18％-0.22％，Ni 17.50％-18.50％，Cu0.50％-1.00％，B 0.0035％-0.0045％及余量的铁和不可避免的杂质。
本发明制备的6％Mo超级奥氏体不锈钢成分命中率高，添加适量B合金后，提高了铸坯的加工性。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。
实施例1
采用25％返回料+合金混合配料，所有原料“五害元素”(Pb、Sn、As、Sb、 Bi)的含量均不超过0.002％，P含量均不超过0.01％，Co含量不超过0.1％。电炉加入返回料、镍铁、金属铬、氮化铬铁后，电炉开始通电，原料完全熔化后加入硅铁进行还原，还原时间5分钟。电炉出钢温度1620℃，扒渣温度 1550℃，扒渣后包内渣层厚度15mm。
进入AOD冶炼，全程吹氮气，当温度调整至1510℃时，开始吹O2脱碳 (流量为35m3/h/吨钢)，同时加入钼铁合金、金属铜和纯镍，当碳含量达到 0.016％后，停止吹O2，开始纯吹N2，流量为46m3/h/吨钢。温度调整至1660℃后加入硅铁进行还原，搅拌6分钟后加入1.3kg/吨钢铝丸，再搅拌11分钟，加入金属锰，还原过程渣面二元碱度1.6。还原后扒渣96％，扒渣后首先钢中加入0.5kg/吨钢铝粉，之后用石灰萤石造新渣，并用1.3kg/吨钢铝粉和0.8kg/ 吨钢硅钙粉调渣至白色，钢中硫含量达到0.001％。出钢前温度1580℃，吹氩总量17Nm3/吨钢。出钢后包中渣厚140mm。出钢后渣面散加0.5kg/吨钢铝粉。
钢水到LF后先吹2分钟氩气后开始送电，温度到1540℃时加入6.2米/ 吨钢硅钙线，吹Ar强搅拌7min，流量为320L/min，加0.5kg/吨钢硼铁，后开始吹Ar弱搅拌19min，流量为60L/min。LF出钢温度1460℃。出钢成分为：C：0.013％；Si：0.63％；Mn：0.6％；P：0.013％；S：0.001％；Cr：20.35％； Mo：6.15％；N：0.21％；Ni：18.12％；Cu：0.83％；B：0.0045％；Pb：0.0012％； Sn：0.0013％、As：0.0015％、Sb：0.001％、Bi：0.0006％。
成品氧含量0.0013％，夹杂物A粗、A细、B粗、B细、C粗、C细、D 粗、D细级别分别为0、0、0、0、0、0.5、0、0.5。
铸坯热轧成中板，废品率0％。
实施例2
采用20％返回料+合金混合配料，所有原料“五害元素”(Pb、Sn、As、Sb、 Bi)的含量均不超过0.002％，P含量均不超过0.01％，Co含量不超过0.1％。电炉加入返回料、镍铁、金属铬、氮化铬铁后，电炉开始通电，原料完全熔化后加入硅铁进行还原，还原时间4分钟。电炉出钢温度1630℃，扒渣温度 1520℃，扒渣后包内渣层厚度20mm。
进入AOD冶炼，全程吹氮气，当温度调整至1520℃时，开始吹O2脱碳 (流量为30m3/h/吨钢)，同时加入钼铁合金、金属铜和纯镍，当碳含量达到 0.015％后，停止吹O2，开始纯吹N2，流量为45m3/h/吨钢。温度调整至1670℃后加入硅铁进行还原，搅拌6分钟后加入1.6kg/吨钢铝丸，再搅拌13分钟，加入金属锰，还原过程渣面二元碱度1.7。还原后扒渣95％，扒渣后首先钢中加入0.7kg/吨钢铝粉，之后用石灰萤石造新渣，并用1.3kg/吨钢铝粉和0.9kg/ 吨钢硅钙粉调渣至白色，钢中硫含量达到0.001％。出钢前温度1560℃，吹氩总量15Nm3/吨钢。出钢后包中渣厚110mm。出钢后渣面散加0.4kg/吨钢铝粉。
钢水到LF后先吹2分钟氩气后开始送电，温度到1550℃时加入6.6米/ 吨钢硅钙线，吹N2强搅拌6min，流量为850L/min，加0.5kg/吨钢硼铁，后开始吹Ar弱搅拌17min，流量为60L/min。LF出钢温度1465℃。出钢成分为：C：0.015％；Si：0.53％；Mn：0.5％；P：0.015％；S：0.001％；Cr：20.05％； Mo：6.32％；N：0.20％；Ni：17.96％；Cu：0.75％；B：0.0035％；Pb：0.001％； Sn：0.0015％、As：0.0014％、Sb：0.0011％、Bi：0.0005％。
成品氧含量0.0012％，夹杂物A粗、A细、B粗、B细、C粗、C细、D 粗、D细级别分别为0、0、0、0.5、0、0、0、0.5。
铸坯热轧成中板，废品率0％。。
比较例
现有的6％Mo超级奥氏体不锈钢的冶炼方法：
采用40％返回料+合金混合配料，原料“五害元素”(Pb、Sn、As、Sb、 Bi)的含量均大于0.002％，P含量0.02％，Co含量0.2％。电炉加入返回料、镍铁、金属铬、氮化铬铁后，电炉开始通电，原料完全熔化后加入硅铁进行还原，还原时间7分钟。电炉出钢温度1550℃，扒渣温度1440℃，扒渣后包内渣层厚度35mm。
进入AOD冶炼，全程吹氮气，当温度调整至1560℃时，开始吹O2脱碳 (流量为45m3/h/吨钢)，同时加入钼铁合金、金属铜和纯镍，当碳含量达到0.02％后，停止吹O2，开始纯吹N2，流量为35m3/h/吨钢。温度调整至1580℃后加入硅铁进行还原，搅拌20分钟，加入金属锰，还原过程渣面二元碱度1.3。还原后扒渣85％，扒渣后用石灰萤石造新渣，出钢前温度1530℃，吹氩总量 9Nm3/吨钢。出钢后包中渣厚160mm。
钢水到LF后开始送电，温度到1550℃时加入5米/吨钢硅钙线，吹N2强搅拌10min，流量为930L/min，后开始吹Ar弱搅拌13min，流量为40L/min。 LF出钢温度1450℃。出钢成分为：C：0.015％；Si：0.53％；Mn：0.5％；P： 0.015％；S：0.001％；Cr：20.08％；Mo：6.21％；N：0.21％；Ni：17.92％； Cu：0.71％。Pb：0.002％；Sn：0.002％、As：0.002％、Sb：0.002％、Bi：0.001％。
成品氧含量0.0035％，夹杂物A粗、A细、B粗、B细、C粗、C细、D 粗、D细级别分别为0、0、1、1.5、1、2、0、0.5。
铸坯热轧成中板，废品率5％。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (3)

1.一种6%Mo超级奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将本钢种返回料与合金原料进行配料，其中，本钢种返回料的比例为20%-30%；
（2）将配料加入电炉，待炉内配料全部熔化，加入硅铁进行还原3-6分钟，出钢后进行扒渣，其中，出钢温度≥1600℃，扒渣温度为1450℃-1650℃；
（3）将钢水转入AOD炉进行冶炼，冶炼过程全程吹N2，调整钢水温度至1450℃-1550℃，吹O2，氧气流量为20-40 m3/h/吨钢，吹O2脱碳的同时加入金属原料，待碳达到目标含量后停止吹O2，调整温度至1600℃-1700℃后加入硅铁，搅拌5-8分钟后加入1.2-1.8 kg/吨钢铝丸，继续搅拌10-15分钟加入金属锰调整锰成分至目标值，扒渣，然后在钢水中加入0.5-0.9kg/吨钢铝粉，之后用石灰萤石造新渣，并用1.1-1.4 kg/吨钢铝粉和0.7-1.0 kg/吨钢硅钙粉调渣，吹氩前温度控制在1540-1590℃，吹氩总量控制10-20 Nm3/吨钢，出钢；
（4）钢水进入LF炉，调整温度至1520℃-1570℃，待渣面铝粉化完后，采用喂线机加入6-7米/吨钢硅钙线，开始强搅拌，强搅拌结束后加入0.4-0.6 kg/吨钢的硼铁，弱搅拌，出钢，得到6%Mo超级奥氏体不锈钢；其中，出钢温度为1455-1475℃，所述强搅拌包括：当AOD出钢钢水中N含量小于0.2%时吹N2，流量为700-900 L/min，时长5-8min；当AOD出钢钢水中N含量在0.2%以上时吹Ar，流量为200-400 L/min，时长6-9 min；所述弱搅拌包括：吹Ar，流量为50-100 L/min，时长15-20 min。
2.根据权利要求1所述的6%Mo超级奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，所述合金原料包括：镍铁、纯镍、金属铬、钼铁、电解锰、电解铜、氮化铬铁；所述金属原料为钼铁合金、金属铜和纯镍。
3.一种6%Mo超级奥氏体不锈钢，其特征在于，由权利要求1-2任一项所述的6%Mo超级奥氏体不锈钢的制备方法制备，按重量百分比计，包括：C≤0.020%，Si 0.4%-0.80%，Mn≤1.00%，P≤0.020%，S≤0.002%，Cr 19.50%-20.50%，Mo 6.00%-6.50%，N 0.18%-0.22%，Ni17.50%-18.50%，Cu 0.50%-1.00%，B 0.0035%-0.0045%及余量的铁和不可避免的杂质。
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