CN112795725B - 一种通过熔体处理控制高碳马氏体不锈钢一次碳化物的处理剂和方法 - Google Patents

一种通过熔体处理控制高碳马氏体不锈钢一次碳化物的处理剂和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通过熔体处理改善高碳马氏体不锈钢铸坯的铸态组织，从而控制一次碳化物的方法，所述控制方法包括如下步骤：感应炉或转炉、电炉→LF精炼→RH精炼→喂线加入适量熔体处理剂→铸坯；其中根据钢种的精炼工艺要求选择性进行LF精炼，如果不需要，直接进入下一步；根据钢种的精炼工艺要求选择性进行RH精炼，如果不需要，直接进入下一步；在选择性的LF精炼后或RH精炼后通过喂线加入适量熔体处理剂；铸坯根据钢种和生产工艺要求采用相应的铸造方法和正常的工艺参数生产。本发明能在有效细化高碳马氏体不锈钢一次碳化物的同时改善铸坯的成分偏析，为后续通过塑性变形进一步细化碳化物，以及通过回火实现二次碳化物的有效强化提供组织和成分基础。

Description

一种通过熔体处理控制高碳马氏体不锈钢一次碳化物的处理 剂和方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，具体地，涉及到高碳马氏体不锈钢碳化物控制技术，通过熔体处理改善铸坯的铸态组织，达到细化一次铸态碳化物的目的。
背景技术
马氏体不锈钢可以通过热处理改变材料的性能，在航空工业、重型运输、核电、医疗、刀具等领域具有巨大的市场需求。为了达到高强度和高耐腐蚀性能的要求，高碳、高铬是马氏体不锈钢(含碳量不低于0.4wt％)一个重要的发展方向。在高碳马氏体不锈钢中含有超过10％的Cr、及少量的Mo、V、W、Nb等碳化物形成元素，目的是在回火过程中析出细小的二次碳化物作为强化相，提高材料的强度。碳化物的形貌、大小和分布与高碳马氏体不锈钢的性能密切相关。然而，高碳马氏体不锈钢熔体在凝固过程中析出的一次碳化物一般呈大块状甚至成网状分布于基体。这些一次碳化物中含有大量的合金元素，降低了基体中合金元素的含量，造成回火二次硬化效应减弱，同时粗大的碳化物是塑性变形时的裂纹源，导致材料的耐蚀性能和力学性能大幅下降。因此，控制和细化一次碳化物是生产高质量高碳马氏体不锈钢的关键共性技术问题。
目前改善碳化物常用的方法是通过反复的热塑性变形破碎细化碳化物，这种方法虽然有效，但碳化物仍然分布不均匀，同时生成效率低、成本高。比较理想的方法是控制和细化铸坯中的一次碳化物，这是从源头上解决碳化物粗大和分布不均匀的途径。从目前国内公开的发明专利来看，试图通过电渣重熔、精炼、浇注时的随流变质等方法改善工模具钢、高碳钢和轴承钢等钢种的碳化物形貌(如最近公开的发明专利：CN 106282750 A、CN106756437 A、CN 101768655 A等)，取得了一定效果。已有研究结果表明，电渣重熔和精炼能够显著净化钢液，减少夹杂，在一定程度上抑制了碳化物的非均质形核，但对抑制碳化物的聚集长大效果不明显。随流变质方法一般用于铸铁和铸钢的生产，这种方法或许能够改善碳化物的形貌，但同时析出大量的夹杂，不适用于洁净化生产。
发明内容
本发明的目的在于，解决高碳马氏体不锈钢碳化物控制的关键共性技术问题，提供一种通过熔体处理控制钢液的凝固行为来调控铸坯的铸态组织，以达达到细化一次碳化物的方法。本发明通过在高碳不锈钢冶炼生产过程中以喂线方法的方法添加一种自己设计和配制的熔体处理剂，在熔体处理剂的作用下，控制钢熔体凝固过程中的碳化物形核与长大行为，从而达到控制碳化物和均匀化成分的目的，实现细化一次碳化物。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
本发明公开了一种通过熔体处理改善高碳马氏体不锈钢铸坯的铸态组织，从而控制和细化一次碳化物的方法，所述控制方法包括如下步骤：感应炉(或转炉、电炉)→LF精炼(选择性)→RH精炼(选择性)→熔体处理(喂线加入适量熔体处理剂)→铸坯。
其中：
LF精炼(选择性)，根据钢种的精炼工艺要求选择性采用LF精炼；
RH精炼(选择性)，根据钢种的精炼工艺要求选择性采用RH精炼；
喂线加入适量熔体处理剂，根据钢种的成分通过喂线的方式加入适量熔体处理剂；
铸坯，根据钢种和生产工艺选择铸造方法。
根据本发明所提供的控制方法，所述的LF精炼(选择性)包括：根据钢种的精炼工艺要求选择性采用LF精炼，若采用LF精炼，采用碱度为5～9的精炼渣系，及加入适量钙。精炼渣系的各组分重量百分比为：10～60％CaO、15～50％SiO2、10～30％Al2O3、5～15％MgO等组成。LF精炼周期控制在20～60min。LF精炼结束后调整氩气流量处于软吹搅拌状态，软吹状态为渣面微动，钢液不裸露，弱搅拌软吹时间控制在5～10min。若不采用LF精炼，直接进入RH精炼或加入熔体处理剂的阶段。
根据本发明所提供的控制方法，所述的RH精炼(选择性)包括：根据钢种的精炼工艺要求选择性采用RH精炼，若采用RH精炼，在真空度不低于67Pa下精炼30～60min。RF真空精炼结后，[Als]控制在0.01％～0.035％，[H]≤10ppm，[O]≤25ppm。若不采用RH精炼，直接进入加入熔体处理剂阶段。
根据本发明所提供的控制方法，所述的熔体处理，即喂线加入适量熔体处理剂包括：在选择性的LF精炼或RH精炼结束后，根据钢种的成分特点，加入1.0～15kg/吨钢水的熔体处理剂。喂线结束后继续吹氩搅拌，渣面微动，钢液不裸露，时间控制在5～30min。所述熔体处理剂各组分的重量百分比为：稀土硅铁20～70％、硅钙合金5～30％、铝钙合金5～30％和其它微量合金元素M 5～20％，所述微量元素M由下述重量百分比的原料组成：V 1～20％、W 1～20％、Cu 5～30％、Bi 5～30％、Co 5～20％、Mo 2～20％、Nb 1～10％、N 1～5％、及B1～5％。加入熔体处理剂的目的是控制钢水在凝固过程中的碳化物形核与长大行为，抑制碳化物的析出和聚集长大，实现一次碳化物的细化。
根据本发明所提供的控制方法，所述的铸坯，根据钢种和生产工艺采用所选铸造方法的正常工艺参数。
本发明的有益效果是，利用本发明提供的碳化物控制方法，能有效控制高碳马氏体不锈钢的碳化物，在细化铸坯一次碳化物的同时改善铸坯的成分偏析，为后续通过塑性变形进一步细化碳化物，及通过回火实现二次碳化物的有效强化提供组织和成分基础。
附图说明
图1为采用本发明的7Cr14高碳不锈钢铸坯的金相组织；
图2为未采用本发明的7Cr14高碳不锈钢铸坯的金相组织
图3为采用本发明的7Cr14高碳不锈钢铸坯的萃取碳化物SEM图；
图4为未采用本发明的7Cr14高碳不锈钢铸坯的萃取碳化物SEM图；
图5为采用和未采用本发明的7Cr14高碳不锈钢铸坯的萃取碳化物的尺寸分布图。
具体实施方式
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。
下面以具体实施方式和附图对本发明做进一步的说明。
实施例1：
选取7Cr14马氏体不锈钢(成分：C:0.65％～0.75％,Cr:13.5～15.5％,Mn:0.45～0.65％,Si:0.25～0.45％,Mo:0.35～0.45％,V:Mo:0.35～0.45％)，根据本发明控制碳化物的方法，实施控制7Cr14马氏体不锈钢的一次碳化物，主要包括以下步骤：
采用200kg中频炉在大气中冶炼200kg钢水，考虑到合金元素的烧损，成分控制在许可范围的上线；
完全熔化保温5min后，在炉内精炼，精炼渣系的各组分重量百分比为：30％CaO、40％SiO2、25％Al2O3、5％MgO等组成。
精炼20min后，喂丝加入熔体处理剂，熔体处理剂的成分为：40％稀土硅铁、30％硅钙合金、10％铝钙合金和其它微量合金元素M 20％，所述微量元素M由下述重量百分比的原料组成：V 8％、W 2％、Cu 10％、Bi 20％、Co 5％、Mo 10％、Nb 5％、N3％和B 2％，熔体处理剂的加入量为1.0kg(5kg/吨钢水)；
保温10min，扒渣后浇入钢模，获得铸坯。
图1和图2为采用和未采用本发明的7Cr14高碳不锈钢铸坯的金相组织，可以看出采用本发明喂丝加入熔体处理剂的铸坯的网状碳化物减少；图3和图4为采用和未采用本发明的7Cr14高碳不锈钢铸坯的萃取碳化物SEM图，可以看出采用本发明的铸坯的碳化物明显细化，并且碳化物的棱角钝化；图5为采用和未采用本发明的7Cr14高碳不锈钢铸坯的萃取碳化物的尺寸分布图，进一步证实采用本发明的铸锭的碳化物细化，并且尺寸大于200μm的碳化物在熔体处理后消失。
实施例2：
选取7Cr14马氏体不锈钢(成分：C:0.65％～0.75％,Cr:13.5～15.5％,Mn:0.45～0.65％,Si:0.25～0.45％,Mo:0.35～0.45％,V:Mo:0.35～0.45％)，根据本发明控制碳化物的方法，实施控制7Cr14马氏体不锈钢的一次碳化物，主要包括以下步骤：
采用200kg中频炉在大气中冶炼200kg钢水，考虑到合金元素的烧损，成分控制在许可范围的上线；
完全熔化保温5min后，在炉内精炼，精炼渣系的各组分重量百分比为：10％CaO、50％SiO2、25％Al2O3、15％MgO等组成。
精炼20min后，喂丝加入熔体处理剂，熔体处理剂的成分为：70％稀土硅铁、20％硅钙合金、5％铝钙合金和其它微量合金元素M 5％，所述微量元素M由下述重量百分比的原料组成：V 20％、W 1％、Cu 7％、Bi 30％、Co 20％、Mo 2％、Nb 10％、N5％和B 5％，熔体处理剂的加入量为1.0kg(5kg/吨钢水)；
保温10min，扒渣后浇入钢模，获得铸坯。
实施例3：
选取7Cr14马氏体不锈钢(成分：C:0.65％～0.75％,Cr:13.5～15.5％,Mn:0.45～0.65％,Si:0.25～0.45％,Mo:0.35～0.45％,V:Mo:0.35～0.45％)，根据本发明控制碳化物的方法，实施控制7Cr14马氏体不锈钢的一次碳化物，主要包括以下步骤：
采用200kg中频炉在大气中冶炼200kg钢水，考虑到合金元素的烧损，成分控制在许可范围的上线；
完全熔化保温5min后，在炉内精炼，精炼渣系的各组分重量百分比为：60％CaO、15％SiO2、10％Al2O3、15％MgO等组成。
精炼20min后，喂丝加入熔体处理剂，熔体处理剂的成分为：20％稀土硅铁、30％硅钙合金、30％铝钙合金和其它微量合金元素M 20％，所述微量元素M由下述重量百分比的原料组成：V 1％、W 20％、Cu 30％、Bi 5％、Co 21％、Mo 20％、Nb 1％、N 1％和B1％，熔体处理剂的加入量为1.0kg(5kg/吨钢水)；
保温10min，扒渣后浇入钢模，获得铸坯。

Claims (6)

1.一种用于控制高碳马氏体不锈钢一次碳化物的熔体处理剂，其特征在于，所述的熔体处理剂各组分的重量百分比为：稀土硅铁20～70％、硅钙合金5～30％、铝钙合金5～30％，和其它微量合金元素M 5～20％；所述微量元素M由下述重量百分比的原料组成：V 1～20％、W 1～20％、Cu 5～30％、Bi 5～30％、Co 5～20％、Mo 2～20％、Nb1～10％、N 1～5％、及B1～5％。
2.一种通过熔体处理来控制高碳马氏体不锈钢一次碳化物的方法，所述控制方法包括如下步骤：感应炉、转炉或电炉→喂线加入熔体处理剂；
喂线加入熔体处理剂，根据钢种的成分通过喂线的方式加入熔体处理剂，所述的熔体处理剂各组分的重量百分比为：稀土硅铁20～70％、硅钙合金5～30％、铝钙合金5～30％和其它微量合金元素M 5～20％；所述微量元素M由下述重量百分比的原料组成：V 1～20％、W1～20％、Cu 5～30％、Bi 5～30％、Co 5～20％、Mo 2～20％、Nb 1～10％、N 1～5％、及B1～5％。
3.根据权利要求2所述的控制高碳马氏体不锈钢一次碳化物的方法，其特征在于，所述感应炉、转炉或电炉工序与喂线加入熔体处理剂工序之间包括LF精炼和/或RH精炼工序。
4.如权利要求3所述的控制高碳马氏体不锈钢一次碳化物的方法，其特征在于，所述LF精炼控制包括：精炼渣各组分的质量百分比为：10～60％CaO、15～50％SiO2、10～30％Al2O3、5～15％MgO，LF精炼周期控制在20～60min。
5.如权利要求3所述的控制高碳马氏体不锈钢一次碳化物的方法，其特征在于，所述RH精炼包括：在真空度不低于67Pa下精炼20～60min；RH真空精炼结后，[Als]控制在0.01％～0.035％，[H]≤10ppm，[O]≤25ppm。
6.如权利要求3所述的控制高碳马氏体不锈钢一次碳化物的方法，其特征在于，所述的喂线加入熔体处理剂包括：喂入1.0～15kg/吨钢水的熔体处理剂线；喂线结束后吹氩搅拌，渣面微动，钢液不裸露，时间控制在5～30min。
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