CN112626426A - 一种高硅不锈钢法兰材料的制备方法 - Google Patents

一种高硅不锈钢法兰材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高硅不锈钢法兰的制备方法，步骤包括：原料准备、真空冶炼、电渣重熔、钢锭下料、锻造、固溶处理、机加工。本发明工艺设计合理，成品率高，生产成本低，制备的高硅不锈钢法兰具有更加优良的冷热加工性能和耐腐蚀性，可以更好地适用于石化行业特种设备用管的连接。

Description

一种高硅不锈钢法兰材料的制备方法
技术领域
本发明涉及耐腐蚀合金材料领域，尤其涉及一种高硅不锈钢法兰材料的制备方法。
背景技术
法兰是一种盘状零件，在管道工程中法兰主要用于管道的连接。
石油化工管道中的法兰一般要求具有较强的耐蚀性，因此经常采用高硅不锈钢材料制作。
但是现有技术中耐蚀性较强的高硅不锈钢由于含硅量较高，硬度较大，因此高硅不锈钢法兰材料的制备工艺复杂且制备成本较高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，提供一种高硅不锈钢法兰材料的制备方法，用于解决高硅不锈钢法兰材料制备工艺复杂且制备成本较高的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供一种高硅不锈钢法兰材料的制备方法，包括以下步骤：
S1原料准备：所有材料应符合真空质量要求，返回同钢种表面时磨光处理，配料严格控制各元素的配入量，配入量≤20%，按制度烘烤后使用。
S2真空冶炼：真空冶炼按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度小于8Pa，精炼期真空度≤8Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1540℃持续1-2分钟，降钢温到1480℃（刚结膜冲膜状态）低温，精炼时间≥25分钟，精炼温度1480℃，出钢温度1520℃，浇注200Kg电极，浇注后期补缩充分，浇铸完成10分钟后破空出标识。
S3电渣重熔：切除缩孔，修磨表面氧化物去除杂质，使用渣系为：CaF2：AL2O3：CaO =75：20：5，电压：55～60V，熔炼电流：5000～6000A。
S4钢锭下料:根据法兰规格尺寸计算坯料重量和规格，定重下料。
S5锻造：低于400℃装炉,加热温度1140-1170℃保温应120分钟，始锻温度大于1100℃，终锻温度大于900℃，采用模具锻造法兰坯。
S6固溶处理:温度：1050-1120℃，保温90分钟，水冷。
S7机加工:按照法兰尺寸要求精加工成品。
较佳的，S2真空冶炼原料装炉顺序为，小块镍板加入底部约1/4,底碳配入0.030%，将Mo、Cr放在坩埚中上部，上部用Ni板覆盖。
较佳的，高硅不锈钢法兰材料中各元素的重量百分比为：C:≤0.03%，Si:4.5-6.0%，Mn:≤1.0%，P:≤0.025%，S:≤0.010%，Ni:18.0-20.0%，Cr:17.0-19.0%，Mo:0.30-0.80%，Cu:1.50-2.50%，余量为Fe和不可避免的杂质。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过采用高效、短流程的法兰生产工艺，成功制备出腐蚀率≤0.07mm/year的高硅不锈钢法兰材料，通过优化材料配比和使用返回料，大大节省了原料成本，提高了产品的市场竞争力。
附图说明
图1为本发明的一种高硅不锈钢法兰材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供一种高硅不锈钢法兰材料的制备方法，包括以下步骤：
S1原料准备：所有材料应符合真空质量要求，返回同钢种表面时磨光处理，配料严格控制各元素的配入量，配入量≤20%，按制度烘烤后使用，其中高硅不锈钢法兰材料中各元素的重量百分比为：C:≤0.03%，Si:4.5-6.0%，Mn:≤1.0%，P:≤0.025%，S:≤0.010%，Ni:18.0-20.0%，Cr:17.0-19.0%，Mo:0.30-0.80%，Cu:1.50-2.50%，余量为Fe和不可避免的杂质。
S2真空冶炼：原料装炉顺序为，小块镍板加入底部约1/4,底碳配入0.030%，将Mo、Cr放在坩埚中上部，上部用Ni板覆盖真空冶炼按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度小于8Pa，精炼期真空度≤8Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1540℃持续1-2分钟，降钢温到1480℃（刚结膜冲膜状态）低温，精炼时间≥25分钟，精炼温度1480℃，出钢温度1520℃，浇注200Kg电极，浇注后期补缩充分，浇铸完成10分钟后破空出标识。
S3电渣重熔：切除缩孔，修磨表面氧化物去除杂质，使用渣系为：CaF2：AL2O3：CaO =75：20：5，电压：55～60V，熔炼电流：5000～6000A。
S4钢锭下料:根据法兰规格尺寸计算坯料重量和规格，定重下料。
S5锻造：低于400℃装炉,加热温度1140-1170℃保温应120分钟，始锻温度大于1100℃，终锻温度大于900℃，采用模具锻造法兰坯。
S6固溶处理:温度：1050-1120℃，保温90分钟，水冷。
S7机加工:按照法兰尺寸要求精加工成品。
本发明的高硅不锈钢法兰材料中各元素起到的作用如下：
C:本发明的高硅奥氏体不锈钢，为了保证优良的力学性能和耐蚀性能，特别是冷加工性能，本发明严格控制合金中的碳含量，碳含量控制在不大于0.03％。
Si:硅元素可脱氧形成SiO2，提高不锈钢的耐腐蚀能力，本发明将硅含量设计为4.5-6.0%。
Mn:锰元素是奥氏体形成元素，具有强烈稳定不锈钢奥氏体基体的作用，因此本发明将锰含量控制在不大于1.0%。
P、S:为两种致命却无法避免的有害元素，很难溶解到合金中，它们能与镍和铬生成低熔点和共晶化合物，随着合金的凝固，从晶界处析出并聚集在晶界上，使晶界变得脆化。因此，将其含量分别设置在P：≤0.025%。S：≤0.010%。
Ni:镍是高硅不锈钢具有奥氏体组织的主要合金元素，同时提高不锈钢的耐蚀性。本发明将镍含量设计为18.0-20.0%，用以保证稳定的奥氏体组织。
Cr:铬是高硅不锈钢具有耐蚀性最主要的合金元素，在氧化介质 中，铬能使合金表面上迅速生成氧化铬(例如Cr2O3)的钝化膜，提高不锈钢的耐蚀性。由于铬是不锈钢中主要的耐蚀元素，考虑到铬是铁素体形成元素，本发明将铬含量设计为17.0-19.0%。
Mo:本发明含有钼元素，钼加入主要用来提高钢的耐蚀性，特别是耐点蚀及缝隙腐蚀 等性能，钼的加入可以和铬等元素协同作用提高耐蚀性，但是考虑到钼是铁素体形成元素，本发明钼含量控制在1.50-2.50%。
Cu:本发明含有铜元素，铜是较弱的奥氏体元素，可适当提高耐蚀性,和钼元素可以协同提高不锈钢的耐蚀性，少量的铜元素还可以提高不锈钢的冷成型性能，铜在含镍奥氏体不锈钢中可以和镍形成固溶体而存在，综合考虑本发明铜含量控制在1.50-2.50％。
本发明的高硅不锈钢法兰材料，采用真空冶炼和电渣重熔双联熔炼法，对各步骤操作顺序及工艺参数进行优化设计，能够提高纯度、减少杂质夹杂、保证脱气充分、金相组织和化学成分均匀，提高法兰的高温耐蚀性能。采用模具锻造的法兰耐压、耐温、耐腐蚀性能更加优异，使用寿命更久。
实施例1：
本发明实施例1的一种高硅不锈钢法兰材料中，各元素的重量百分比为：C:0.03%，Si:6.0%，Mn:1.0%，P:0.015%，S:0.010%，Ni:20.0%，Cr:18.0%，Mo:0.70%，Cu:2.50%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的高硅不锈钢法兰材料的制备方法如下：
S1原料准备：所有材料应符合真空质量要求，返回同钢种表面时磨光处理，配料严格控制各元素的配入量，配入量≤20%，按制度烘烤后使用。
S2真空冶炼：原料装炉顺序为，小块镍板加入底部约1/4,底碳配入0.030%，将Mo、Cr放在坩埚中上部，上部用Ni板覆盖真空冶炼按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度77Pa，精炼期真空度8Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1540℃持续1-2分钟，降钢温到1480℃（刚结膜冲膜状态）低温，精炼时间25分钟，精炼温度1480℃，出钢温度1520℃，浇注200Kg电极，浇注后期补缩充分，浇铸完成10分钟后破空出标识。S3电渣重熔：切除缩孔，修磨表面氧化物去除杂质，使用渣系为：CaF2：AL2O3：CaO =75：20：5，电压：60V，熔炼电流：6000A。
S4钢锭下料:根据法兰规格尺寸计算坯料重量和规格，定重下料。
S5锻造：低于400℃装炉,加热温度1170℃保温应120分钟，始锻温度大于1100℃，终锻温度大于900℃，采用模具锻造法兰坯。
S6固溶处理:温度：1120℃，保温90分钟，水冷。
S7机加工:按照法兰尺寸要求精加工成品。
实施例2：
本发明实施例2的一种高硅不锈钢法兰材料中，各元素的重量百分比为：C:0.02%，Si:5.0%，Mn:1.0%，P:0.015%，S:0.010%，Ni:19.0%，Cr:17.0%，Mo:0.60%，Cu:2.0%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的高硅不锈钢法兰材料的制备方法如下：
S1原料准备：所有材料应符合真空质量要求，返回同钢种表面时磨光处理，配料严格控制各元素的配入量，配入量≤20%，按制度烘烤后使用。
S2真空冶炼：原料装炉顺序为，小块镍板加入底部约1/4,底碳配入0.030%，将Mo、Cr放在坩埚中上部，上部用Ni板覆盖真空冶炼按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度7Pa，精炼期真空度7Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1540℃持续1-2分钟，降钢温到1480℃（刚结膜冲膜状态）低温，精炼时35分钟，精炼温度1480℃，出钢温度1520℃，浇注200Kg电极，浇注后期补缩充分，浇铸完成10分钟后破空出标识。
S3电渣重熔：切除缩孔，修磨表面氧化物去除杂质，使用渣系为：CaF2：AL2O3：CaO =75：20：5，电压：55V，熔炼电流：5000A。
S4钢锭下料:根据法兰规格尺寸计算坯料重量和规格，定重下料。
S5锻造：低于400℃装炉,加热温度1140保温应120分钟，始锻温度大于1100℃，终锻温度大于900℃，采用模具锻造法兰坯。
S6固溶处理:温度：1050℃，保温90分钟，水冷。
S7机加工:按照法兰尺寸要求精加工成品。
实施例3：
本发明实施例3的一种高硅不锈钢法兰材料中，各元素的重量百分比为：C:0.02%，Si:5.5%，Mn:0.8%，P:0.010%，S:0.010%，Ni:20.0%，Cr:18.0%，Mo:0.5%，Cu:1.50%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的高硅不锈钢法兰材料的制备方法如下：
S1原料准备：所有材料应符合真空质量要求，返回同钢种表面时磨光处理，配料严格控制各元素的配入量，配入量≤20%，按制度烘烤后使用。
S2真空冶炼：原料装炉顺序为，小块镍板加入底部约1/4,底碳配入0.030%，将Mo、Cr放在坩埚中上部，上部用Ni板覆盖真空冶炼按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度7Pa，精炼期真空度7.5Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1540℃持续1-2分钟，降钢温到1480℃（刚结膜冲膜状态）低温，精炼时间28分钟，精炼温度1480℃，出钢温度1520℃，浇注200Kg电极，浇注后期补缩充分，浇铸完成10分钟后破空出标识。S3电渣重熔：切除缩孔，修磨表面氧化物去除杂质，使用渣系为：CaF2：AL2O3：CaO =75：20：5，电压：58V，熔炼电流：5500A。
S4钢锭下料:根据法兰规格尺寸计算坯料重量和规格，定重下料。
S5锻造：低于400℃装炉,加热温度1160℃保温应120分钟，始锻温度大于1100℃，终锻温度大于900℃，采用模具锻造法兰坯。
S6固溶处理:温度：1100℃，保温90分钟，水冷。
S7机加工:按照法兰尺寸要求精加工成品。
综上所述，本发明提供的一种高硅不锈钢法兰材料的制备方法，通过采用高效、短流程的法兰生产工艺，成功制备出腐蚀率≤0.07mm/year的高硅不锈钢法兰材料，通过优化材料配比和使用返回料，大大节省了原料成本，提高了产品的市场竞争力。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (3)

1.一种高硅不锈钢法兰材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1原料准备：所有材料应符合真空质量要求，返回同钢种表面时磨光处理，配料严格控制各元素的配入量，配入量≤20%，按制度烘烤后使用；
S2真空冶炼：真空冶炼按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度小于8Pa，精炼期真空度≤8Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1540℃持续1-2分钟，降钢温到1480℃（刚结膜冲膜状态）低温，精炼时间≥25分钟，精炼温度1480℃，出钢温度1520℃，浇注200Kg电极，浇注后期补缩充分，浇铸完成10分钟后破空出标识；
S3电渣重熔：切除缩孔，修磨表面氧化物去除杂质，使用渣系为：CaF2：AL2O3：CaO =75：20：5，电压：55～60V，熔炼电流：5000～6000A；
S4钢锭下料:根据法兰规格尺寸计算坯料重量和规格，定重下料；
S5锻造：低于400℃装炉,加热温度1140-1170℃保温应120分钟，始锻温度大于1100℃，终锻温度大于900℃，采用模具锻造法兰坯；
S6固溶处理:温度：1050-1120℃，保温90分钟，水冷；
S7机加工:按照法兰尺寸要求精加工成品。
2.如权利要求1所述的高硅不锈钢法兰材料的制备方法，其特征在于：所述S2真空冶炼中原料装炉顺序为，小块镍板加入底部约1/4,底碳配入0.030%，将Mo、Cr放在坩埚中上部，上部用Ni板覆盖。
3.如权利要求1所述的高硅不锈钢法兰材料的制备方法，其特征在于：所述高硅不锈钢法兰材料中各元素的重量百分比为：C:≤0.03%，Si:4.5-6.0%，Mn:≤1.0%，P:≤0.025%，S:≤0.010%，Ni:18.0-20.0%，Cr:17.0-19.0%，Mo:0.30-0.80%，Cu:1.50-2.50%，余量为Fe和不可避免的杂质。
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