CN112359282A - 一种高氮304ln不锈钢盘条及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高氮304LN不锈钢盘条及生产方法，属于冶金行业不锈钢生产技术领域。技术方案是：高氮304LN盘条成分重量百分比为：碳≤0.03%，硅≤1%，锰≤2%，磷≤0.035%，硫≤0.035%，镍8%‑13%，铬18%‑20%，氮0.25%‑0.35%，其余为铁和其它不可避免杂质。其生产工艺包含原料均质化处理、锻造加工、轧制和盘条增氮处理，根据盘条直径，调整井式热处理炉内氮气的流量、盘条的加热温度和加热时间，使盘条内氮含量增加到0.25%‑0.35%。本发明的有益效果是：在高温条件下通过氮气扩散的方式向不含氮元素的不锈钢盘条内加入氮元素，生产更高氮含量的304LN盘条，其抗拉强度能够增加至580MPa‑700MPa。

Description

一种高氮304LN不锈钢盘条及生产方法
技术领域
本发明涉及一种高氮304LN不锈钢盘条及生产方法，属于冶金行业不锈钢生产技术领域。
背景技术
奥氏体不锈钢盘条中加入氮元素，可以提高盘条强度，而不降低韧性，有资料显示，奥氏体不锈钢中每增加0.01%氮元素，材料强度增加8.5MPa，同时氮元素的加入可以优化材料耐点蚀性能。传统的304LN不锈钢中氮含量为0.1%-0.16%，抗拉强度为510MPa。传统的304LN不锈钢的方式为：感应熔炼+电渣或电炉熔炼+精炼。该工艺是以通入氮气或者加入氮化合金的形式向钢液中加入氮元素，在浇铸过程中相区经过δ-Fe铁素体相区，铁素体氮的溶解度小，坯料在此区间内溶解度降低，多余的氮元素以氮气泡的形式溢出，在铸锭表面及心部出现气孔，影响材料的质量。因此，使用常规冶炼方式生产氮含量大于304LN的材料，无法避免氮气孔的难题。同时常规冶炼过程中氮元素的加入为重要的技术难点之一，依靠经验进行生产，生产过程中需制备氧氮检测试样并检测，延长冶炼时间。
发明内容
本发明目的是提供一种高氮304LN不锈钢盘条及生产方法，在高温条件下通过氮气扩散的方式向不含氮元素的不锈钢盘条内加入氮元素，生产更高氮含量的304LN盘条，解决背景技术中存在的问题。
本发明的技术方案是：
一种高氮304LN不锈钢盘条，高氮304LN盘条成分重量百分比为：碳≤0.03%，硅≤1%，锰≤2%，磷≤0.035%，硫≤0.035%，镍8%-13%，铬18%-20%，氮0.25%-0.35%，其余为铁和其它不可避免杂质。
所述高氮304LN盘条成分重量百分比中的氮为0.3%-0.35%。
按照以下步骤进行操作：
①原料：304L不锈钢钢锭，其成分重量百分比为：碳≤0.03%，硅≤1%，锰≤2%，磷≤0.035%，硫≤0.035%，镍8%-13%，铬18%-20%，其余为铁和其它不可避免杂质；
②均质化处理：将上述304L不锈钢钢锭加热至1050℃-1100℃，保温3-5小时后空冷至室温；
③锻造加工：将均质化处理后的304L不锈钢钢锭加热至1050℃-1100℃，保温5-7h后进行锻造，锻造成符合轧制要求的锻坯，始锻温度为1050℃-1100℃，终锻温度为940℃-960℃；
④轧制：将锻造后的锻坯加热1050℃-1100℃，保温1-1.5h后进行轧制，将锻坯轧制成盘条；
⑤盘条增氮处理：将轧制后的盘条放置在井式热处理炉内进行增氮处理，根据盘条直径，调整井式热处理炉内氮气的流量、盘条的加热温度和加热时间，使盘条内氮含量增加到0.25%-0.35%后出炉空冷至室温。
所述步骤⑤盘条增氮处理：井式热处理炉内的氮气流量控制为100~200L/min，盘条的加热温度控制在1050~1100℃，保温时间控制在5~10h。
所述步骤③锻造加工：每火次锻造变形量控制在10mm-15mm。
本发明的有益效果是：
1）通过对盘条进行氮气保护的热处理，增加盘条氮含量，生产更高氮含量的304LN盘条，使氮含量增加至0.25%-0.35%，优于常规非真空感应加电渣的增氮工艺；
2）高氮304LN不锈钢盘条相对于普通的304LN不锈钢盘条，其抗拉强度能够增加至580MPa-700MPa；
3）在整个304LN不锈钢盘条生产流程中，避免在冶炼过程中的增氮环节，节约冶炼时间，同时避免合金料长期在高温条件下的挥发烧损，降低现场工人的工作量，提高了生产料率；
4）利用氮气扩散增氮的方式生产304LN不锈钢盘条，氮气资源充足、环保，成本低廉。
附图说明
图1为盘条装炉示意图；
图2为吊具示意图；
图3为吊具使用俯视图；
图4为吊具装置原理图；
图中：中心杆1、挂钩2、固定齿排3、活动齿排4、定位螺钉5、 散卷状态的盘条6、井式炉7、铜套8。
具体实施方式
以下结合附图，通过实例对本发明作进一步说明。
参照附图1-4，一种高氮304LN不锈钢盘条，高氮304LN盘条成分重量百分比为：碳≤0.03%，硅≤1%，锰≤2%，磷≤0.035%，硫≤0.035%，镍8%-13%，铬18%-20%，氮0.25%-0.35%，其余为铁和其它不可避免杂质。
一种高氮304LN不锈钢盘条的生产方法，按照以下步骤进行操作：
①原料：304L不锈钢钢锭，其成分重量百分比为：碳≤0.03%，硅≤1%，锰≤2%，磷≤0.035%，硫≤0.035%，镍8%-13%，铬18%-20%，其余为铁和其它不可避免杂质；
②均质化处理：将上述304L不锈钢钢锭加热至1050℃-1100℃，保温3-5小时后空冷至室温；
③锻造加工：将均质化处理后的304L不锈钢钢锭加热至1050℃-1100℃，保温5-7h后进行锻造，锻造成符合轧制要求的锻坯，始锻温度为1050℃-1100℃，终锻温度为940℃-960℃；
④轧制：将锻造后的锻坯加热1050℃-1100℃，保温1-1.5h后进行轧制，将锻坯轧制成盘条；
⑤盘条增氮处理：将轧制后的盘条放置在井式热处理炉内进行增氮处理，根据盘条直径，调整井式热处理炉内氮气的流量、盘条的加热温度和加热时间，使盘条内氮含量增加到0.25%-0.35%后出炉空冷至室温。
井式热处理炉为冶金行业常见的热处理炉，盘条增氮处理时，盘条可以通过一种专用吊具进行装炉，参照附图1-4，其吊具包含中心杆1、挂钩2、固定齿排3、活动齿排4、定位螺钉5和铜套8，中心杆1的一端设有挂钩2，中心杆1上设有一排固定齿排3和两排活动齿排4，所述固定齿排3和活动齿排4均包含多个间隔布置的齿，固定齿排3固定在中心杆1上，活动齿排4通过铜套8转动连接在中心杆1上，铜套8上设有定位螺钉5，固定齿排3的齿和活动齿排4的齿错位布置。其中：中心杆1、挂钩2、固定齿排3和活动齿排4均为高温合金材料。中心杆1长度为3m与挂钩2通过焊接方式进行固定连接，固定齿排3通过焊接的方式固定在中心杆1上，活动齿排4通过铜套8与中心杆1连接，套筒8可沿中心杆1旋转，定位螺钉5用于固定活动齿排4和中心杆1。
参照附图1，该吊具使用前将两排活动齿排4与固定齿排3合并到一起，使用天车将盘条放倒、分散，将该吊具中的中心杆1从盘条内径穿过，使活动齿排4中的齿与固定齿排3中的齿插入盘条圈内，旋转活动齿排4到120°角，使用定位螺钉5将活动齿排4固定在此位置，直立该吊具，使盘条分散悬挂在吊具上，利用挂钩2将吊具悬挂在井式炉炉盖上，封闭炉门，进行热处理。
实施例1
一种高氮304LN不锈钢盘条，元素包括：碳、硅、锰、硫、磷、镍、铬、钼、氮，余量为铁及不可避免的元素，具体元素含量见表1。
该高氮304LN盘条的制备工艺为：
1）非真空感应熔炼：使用1t非真空感应炉冶炼出不添加氮元素的304L不锈钢钢锭783kg；浇铸2根φ220mm的铸锭；
2）电渣重熔：将不添加氮元素的304L不锈钢铸锭进行电渣重熔，改善钢锭的质量；
3）均质化：对电渣锭进行均质化处理，均质化工艺为：升温至1050℃，保温4.5小时后空冷至室温；
4）热锻加工：将均质化后的电渣锭进行锻造处理，锻造工艺为：电渣锭缓慢升温至1100℃，保温5h，始锻温度为1100℃，终锻温度为950℃，每火次变形量控制在10mm-15mm，锻造成140×140mm方坯；
5）轧制：锻坯加热1100℃，保温1h，轧制成φ5.5mm盘条，卷径为φ100mm；
6）盘条增氮工艺为：参照附图1，使用前将两组活动齿排与固定齿排合并到一起，使用天车将盘条放倒，分散，从盘条内径穿过，活动齿与固定齿插入盘条圈内，旋转活动齿排到120°角，使用定位螺钉将活动齿排固定在此位置上，直立吊具，盘条便分散悬挂在吊具上了。利用挂钩将吊具悬挂在井式炉炉盖上，封闭炉门，进行热处理，其中，氮气流量控制为100L/min，加热温度控制在1050℃，保温6h，出炉空冷。盘条取样进行拉伸实验，其性能见表2。
实施例2：
一种高氮304LN不锈钢盘条，元素包括：碳、硅、锰、硫、磷、镍、铬、钼、氮，余量为铁及不可避免的元素，具体元素含量见表1。
该高氮304LN盘条的制备工艺为：
1）非真空感应熔炼：使用1t非真空感应炉冶炼出不添加氮元素的304L不锈钢钢锭400kg；浇铸1根φ220mm的铸锭；
2）电渣重熔：将不添加氮元素的304L不锈钢铸锭进行电渣重熔，改善钢锭的质量，生产出φ300mm电渣锭；
3）均质化：对电渣锭进行均质化处理，均质化工艺为：升温至1100℃，保温4小时后空冷至室温；
4）热锻加工：将均质化后的电渣锭进行锻造处理，锻造工艺为：电渣锭缓慢升温至1100℃，保温5h，始锻温度为1100℃，终锻温度为950℃，每火次变形量控制在10mm-15mm，锻造成140×140mm方坯；
5）轧制：锻坯加热1100℃，保温1h，轧制成φ6.5mm盘条，卷径为φ80mm；
6）盘条增氮工艺为：参照附图1，使用前将两组活动齿排与固定齿排合并到一起，使用天车将盘条放倒，分散，从盘条内径穿过，活动齿与固定齿插入盘条圈内，旋转活动齿排到120°角，使用定位螺钉将活动齿排固定在此位置上，直立吊具，盘条便分散悬挂在吊具上了，利用挂钩将吊具悬挂在井式炉炉盖上，封闭炉门，进行热处理，其中，氮气流量控制为120L/min，加热温度控制在1075℃，保温6h，出炉空冷。取样检测拉伸性能，结果见表2。
实施例3：
一种高氮304LN不锈钢盘条，元素包括：碳、硅、锰、硫、磷、镍、铬、钼、氮，余量为铁及不可避免的元素，具体元素含量见表1。
该高氮304LN盘条的制备工艺为：
1）非真空感应熔炼：使用1t非真空感应炉冶炼出不添加氮元素的304L不锈钢钢锭760kg；浇铸2根φ220mm的铸锭；
2）电渣重熔：将不添加氮元素的304L不锈钢铸锭进行电渣重熔，改善钢锭的质量重熔出φ300mm电渣锭；
3）均质化：对电渣锭进行均质化处理，均质化工艺为：升温至1050℃，保温4.5小时后空冷至室温；
4）热锻加工：将均质化后的电渣锭进行锻造处理，锻造工艺为：电渣锭缓慢升温至1100℃，保温5h。始锻温度为1100℃，终锻温度为950℃，每火次变形量控制在10mm-15mm，锻造成140×140mm方坯；
5）轧制：锻坯加热1100℃，保温1h，轧制成φ5.5mm盘条，卷径为φ100mm；
6）盘条增氮工艺为：参照附图1，使用前将两组活动齿排与固定齿排合并到一起，使用天车将盘条放倒，分散，从盘条内径穿过，活动齿与固定齿插入盘条圈内，旋转活动齿排到120°角，使用定位螺钉将活动齿排固定在此位置上，直立吊具，盘条便分散悬挂在吊具上了。利用挂钩将吊具悬挂在井式炉炉盖上，封闭炉门，进行热处理，其中，氮气流量控制为150L/min，加热温度控制在1080℃，保温8h，出炉空冷。取样检测拉伸性能，结果见表2。
实施例4
一种高氮304LN不锈钢盘条，元素包括：碳、硅、锰、硫、磷、镍、铬、钼、氮，余量为铁及不可避免的元素，具体元素含量见表1。
该高氮304LN盘条的制备工艺为：
1）非真空感应熔炼：使用250kg非真空感应炉冶炼出不添加氮元素的304L不锈钢钢锭198kg；浇铸1根φ220mm的铸锭；
2）电渣重熔：将不添加氮元素的304L不锈钢铸锭进行电渣重熔，改善钢锭的质量；
3）均质化：对电渣锭进行均质化处理，均质化工艺为：升温至1050℃，保温4小时后空冷至室温；
4）热锻加工：将均质化后的电渣锭进行锻造处理，锻造工艺为：电渣锭缓慢升温至1100℃，保温5h。始锻温度为1100℃，终锻温度为950℃，每火次变形量控制在10mm-15mm，锻造成140×140mm方坯；
5）轧制：锻坯加热1100℃，保温1h，轧制成φ8mm盘条，卷径为φ100mm；
6）盘条增氮工艺为：参照附图1，使用前将两活动齿排与固定齿排合并到一起，使用天车将盘条放倒，分散，从盘条内径穿过，活动齿与固定齿插入盘条圈内，旋转活动齿排到120°角，使用定位螺钉将活动齿排固定在此位置上，直立吊具，盘条便分散悬挂在吊具上了。利用挂钩将吊具悬挂在井式炉炉盖上，封闭炉门，进行热处理，其中，氮气流量控制为150L/min，加热温度控制在1100℃，保温8h，出炉空冷。取样检测拉伸性能，结果见表2。
实施例5
一种高氮304LN不锈钢盘条，元素包括：碳、硅、锰、硫、磷、镍、铬、钼、氮，余量为铁及不可避免的元素，具体元素含量见表1。
该高氮304LN盘条的制备工艺为：
1）非真空感应熔炼：使用1t非真空感应炉冶炼出不添加氮元素的304L不锈钢钢锭783kg；浇铸2根φ220mm的铸锭；
2）电渣重熔：将不添加氮元素的304L不锈钢铸锭进行电渣重熔，改善钢锭的质量；
3）均质化：对电渣锭进行均质化处理，均质化工艺为：升温至1050℃，保温4.5小时后空冷至室温；
4）热锻加工：将均质化后的电渣锭进行锻造处理，锻造工艺为：电渣锭缓慢升温至1100℃，保温5h。始锻温度为1100℃，终锻温度为950℃，每火次变形量控制在10mm-15mm，锻造成140×140mm方坯；
5）轧制：锻坯加热1100℃，保温1h，轧制成φ5.5mm盘条，卷径为φ100mm；
6）盘条增氮工艺为：参照附图1，使用前将两活动齿排与固定齿排合并到一起，使用天车将盘条放倒，分散，从盘条内径穿过，活动齿与固定齿插入盘条圈内，旋转活动齿排到120°角，使用定位螺钉将活动齿排固定在此位置上，直立吊具，盘条便分散悬挂在吊具上了。利用挂钩将吊具悬挂在井式炉炉盖上，封闭炉门，进行热处理，其中，氮气流量控制为100L/min，加热温度控制在1050℃，保温5.5h，出炉空冷。取样检测拉伸性能，结果见表2。
实施例6
一种高氮304LN不锈钢盘条，元素包括：碳、硅、锰、硫、磷、镍、铬、钼、氮，余量为铁及不可避免的元素，具体元素含量见表1。
该高氮304LN盘条的制备工艺为：
1）非真空感应熔炼：使用250kg非真空感应炉冶炼出不添加氮元素的304L不锈钢钢锭180kg；浇铸1根φ220mm的铸锭；
2）电渣重熔：将不添加氮元素的304L不锈钢铸锭进行电渣重熔，改善钢锭的质量，生产出φ300mm的电渣锭；
3）均质化：对电渣锭进行均质化处理，均质化工艺为：升温至1050℃，保温4.5小时后空冷至室温；
4）热锻加工：将均质化后的电渣锭进行锻造处理，锻造工艺为：电渣锭缓慢升温至1100℃，保温5h。始锻温度为1100℃，终锻温度为950℃，每火次变形量控制在10mm-15mm，锻造成140×140mm方坯；
5）轧制：锻坯加热1100℃，保温1h，轧制成φ6.5mm盘条，卷径为φ80mm；
6）盘条增氮工艺为：参照附图1，使用前将两活动齿排与固定齿排合并到一起，使用天车将盘条放倒，分散，从盘条内径穿过，活动齿与固定齿插入盘条圈内，旋转活动齿排到120°角，使用定位落定将活动齿排固定在此位置上，直立吊具，盘条便分散悬挂在吊具上了。利用挂钩将吊具悬挂在井式炉炉盖上，封闭炉门，进行热处理，其中，氮气流量控制为200L/min，加热温度控制在1100℃，保温8h，出炉空冷。取样检测拉伸性能，结果见表2。
表1高氮304LN不锈钢盘条成分
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2 高氮304LN不锈钢盘条性能
Figure 852993DEST_PATH_IMAGE002
。

Claims (5)

1.一种高氮304LN不锈钢盘条，其特征在于：高氮304LN盘条成分重量百分比为：碳≤0.03%，硅≤1%，锰≤2%，磷≤0.035%，硫≤0.035%，镍8%-13%，铬18%-20%，氮0.25%-0.35%，其余为铁和其它不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高氮304LN不锈钢盘条，其特征在于：所述高氮304LN盘条成分重量百分比中的氮为0.3%-0.35%。
3.一种高氮304LN不锈钢盘条的生产方法，其特征在于：按照以下步骤进行操作：
①原料：304L不锈钢钢锭，其成分重量百分比为：碳≤0.03%，硅≤1%，锰≤2%，磷≤0.035%，硫≤0.035%，镍8%-13%，铬18%-20%，其余为铁和其它不可避免杂质；
②均质化处理：将上述304L不锈钢钢锭加热至1050℃-1100℃，保温3-5小时后空冷至室温；
③锻造加工：将均质化处理后的304L不锈钢钢锭加热至1050℃-1100℃，保温5-7h后进行锻造，锻造成符合轧制要求的锻坯，始锻温度为1050℃-1100℃，终锻温度为940℃-960℃；
④轧制：将锻造后的锻坯加热1050℃-1100℃，保温1-1.5h后进行轧制，将锻坯轧制成盘条；
⑤盘条增氮处理：将轧制后的盘条放置在井式热处理炉内进行增氮处理，根据盘条直径，调整井式热处理炉内氮气的流量、盘条的加热温度和加热时间，使盘条内氮含量增加到0.25%-0.35%后出炉空冷至室温。
4.根据权利要求3所述的一种高氮304LN不锈钢盘条的生产方法，其特征在于：所述步骤⑤盘条增氮处理：井式热处理炉内的氮气流量控制为100~200L/min，盘条的加热温度控制在1050~1100℃，保温时间控制在5~10h。
5.根据权利要求3所述的一种高氮304LN不锈钢盘条的生产方法，其特征在于：所述步骤③锻造加工：每火次锻造变形量控制在10mm-15mm。
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