CN113151637B - 一种含铬钢表面抛光夹杂物凹坑缺陷的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种含铬钢表面抛光夹杂物凹坑缺陷的控制方法，在含铬钢精炼过程中，降低通过硅锰对钢液进行脱氧，控制合金和辅料中的铝和钙含量，使用铝含量和钙含量都低于0.05％的低铝低钙铁合金和辅料，将钢中铝含量控制在0.001％以下，钢中钙含量控制在0.0003％以下；使用碱度为1.5‑1.7的精炼渣；将钢中的硅含量控制到0.4％以下，再先弱冷后强冷，增强铬、硅和锰元素在钢基体与夹杂物周围的扩散传质，通过热处理后，促进产品表面锯齿形尖晶石夹杂物的生成，从而避免夹杂物引起的表面抛光凹坑缺陷。使得不锈钢表面等级达到BA等级，表面光泽度极好，有很高的反射率，如同镜面的表面。

Description

一种含铬钢表面抛光夹杂物凹坑缺陷的控制方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，尤其涉及一种含铬钢表面抛光夹杂物凹坑缺陷的控制方法。

背景技术

钢中非金属夹杂物的成分、形态、尺寸、以及分布直接影响不锈钢的表面质量和产品性能。以不锈钢为代表的含铬钢被广泛应用于航天、特种装备、海洋开发、汽车制造、医疗器械、家用电器等领域，对其耐腐蚀性能、耐高温性能、抛光性能提出了很高的要求。钢基体为金属，夹杂物为非金属，在含铬不锈钢的表面抛光过程中，由于夹杂物与钢基体之间存在缝隙，夹杂物容易从钢基体脱落，在钢表面形成凹坑，导致抛光缺陷，严重影响含铬钢的表面光泽程度。因此，非金属夹杂物的控制是生产高品质含铬钢的重中之重。

在含铬钢的整个冶炼生产环节中，已经开发了一系列对夹杂物进行控制的方法。从AOD末期开始，可以通过脱氧对夹杂物的生成进行控制；在精炼反应器中，通过钙处理和炉渣精炼对304不锈钢中的夹杂物进行改性，降低夹杂物对钢材的危害，保证连铸生产的顺行；在连铸过程中，通过保护浇注的手段防止钢液成分和夹杂物成分发生转变，减少新夹杂物的生成。已有专利也都是从夹杂物的成分控制角度提出的从转炉出钢、精炼到连铸的含铬钢冶炼过程中夹杂物控制方法。

由于含铬钢中非金属夹杂物主要为球形或较为规则的多面体形，极易在含铬钢抛光过程中从表面脱落形成凹坑缺陷。因此，为了有效解决含铬钢表面抛光夹杂物凹坑缺陷，有必要通过对含铬钢中夹杂物的形状进行有效控制，加强非金属夹杂物与钢基体的连接性，有效避免夹杂物引起的表面抛光凹坑缺陷。

发明内容

本发明公开了一种含铬钢表面抛光夹杂物凹坑缺陷的控制方法，以解决现有技术的上述技术问题以及其他潜在问题中的任意问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是：一种含铬钢表面抛光夹杂物凹坑缺陷的控制方法，所述控制方法调整合金和辅料中的铝和钙的含量，加入一定碱度精炼渣进行精炼，在连铸过程中控制冷却温度，最后在热处理过程中加热温度，通过改变钢成分和温度改变含铬钢热力学平衡状态下的非金属夹杂物种类，改变钢中非金属夹杂物的形状，增强其与钢基体的连接性，最终有效避免夹杂物引起的表面抛光凹坑缺陷。

本发明采用的技术方案是：处理步骤具体如下：

在含铬钢精炼过程中，降低通过硅锰对钢液进行脱氧，严格控制合金和辅料中的铝和钙含量，使用较低碱度精炼渣，将钢水中夹杂物控制为SiO₂-MnO，降低钢水中硅元素的含量，促进后续冷却和加热过程中铬元素对SiO₂-MnO夹杂物的还原作用；

在含铬钢的连铸过程中，通过结晶器二冷先弱冷后强冷的冷却工艺，促进连铸坯表层夹杂物由球形氧化硅锰夹杂物向锯齿形MnO-Cr₂O₃尖晶石夹杂物和SiO₂-MnO复合夹杂物的转变；

在含铬钢的热处理过程中，通过高温加热处理，促进产品表面锯齿形MnO-Cr₂O₃尖晶石夹杂物的生成，从而避免夹杂物引起的表面抛光凹坑缺陷。

进一步地，步骤(1)严格控制合金和辅料中的铝和钙含量，使用铝含量和钙含量都低于0.05％的低铝低钙铁合金和辅料，降低原料中铝和钙元素的来源，将钢中铝含量控制在0.001％以下，钢中钙含量控制在0.0003％以下。

进一步地，步骤(1)使用较低碱度精炼渣，渣主要成分为CaO-SiO₂-MgO，其中碱度为1.5至1.7，过低的碱度会导致夹杂物吸附去除能力较差、且对耐火材料寝室严重，过高的碱度会导致夹杂物中的Al₂O₃和CaO含量过高，不利于后续冷却和加热过程中铬元素对SiO₂-MnO夹杂物的还原作用；

进一步地，步骤(1)降低钢水中硅元素的含量，将钢中的硅含量控制到0.4％以下，降低冷却和加热过程中固体含铬钢中SiO₂-MnO夹杂物的稳定性，促进冷却和加热过程中铬元素对SiO₂-MnO夹杂物的还原作用；

进一步地，步骤(2)通过结晶器二冷先弱冷后强冷的冷却工艺，增强连铸坯在1000℃至1400℃温度下的停留时间，增强铬、硅和锰元素在钢基体与夹杂物周围的扩散传质，促进连铸坯表层夹杂物由球形氧化硅锰夹杂物向锯齿形MnO-Cr₂O₃尖晶石夹杂物和SiO₂-MnO复合夹杂物的转变；

进一步地，步骤(3)在含铬钢的热处理过程中，通过在1000℃至1400℃温度下高温加热处理，加热保温时间在2-3小时，促进产品表面锯齿形MnO-Cr₂O₃尖晶石夹杂物的生成，从而避免夹杂物引起的表面抛光凹坑缺陷。

本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明方法通过夹杂物和钢液成分控制、控制连铸冷却和热处理加热制度促进球形夹杂物向锯齿形杂物和复合夹杂物的转变，可以有效防止夹杂物引起的表面产生抛光凹坑缺陷。促进产品表面锯齿形尖晶石夹杂物的生成，从而避免夹杂物引起的表面抛光凹坑缺陷，使得不锈钢表面等级达到BA等级，表面光泽度极好，有很高的反射率，如同镜面的表面。

附图说明

图1为本发明一种含铬钢表面抛光夹杂物凹坑缺陷的控制方法的流程图。

图2为采用本发明方法的实施例1的钢产品中夹杂物的形貌和成分示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明一种含铬钢表面抛光夹杂物凹坑缺陷的控制方法，其特征在于，方法通过降低合金和辅料中的铝和钙的含量，同时加入低碱度精炼渣进行精炼，在保证含铬钢热力学平衡状态下的改变了非金属夹杂物种类，在连铸过程中控制冷却温度，热处理过程提高热处理温度，改变钢中非金属夹杂物的形状，增强其与钢基体的连接性，最终有效避免夹杂物引起的表面抛光凹坑缺陷。

所述控制方法具体包括以下步骤：

S1)含铬钢精炼过程中，对合金和辅料中的铝和钙进行调整，同时加入碱度精炼渣，对钢水中夹杂物进行控制，降低钢水中硅元素的含量，

S2)在含铬钢的连铸过程中，通过结晶器二冷先弱冷后强冷的冷却工艺，使连铸坯表层夹杂物由球形氧化物夹杂物向锯齿形杂物和复合夹杂物的转变；

S3)在含铬钢的热处理过程中，在一定的温度下进行热处理，并保温一定时间，促进产品表面锯齿形夹杂物的生成，从而避免夹杂物引起的表面抛光凹坑缺陷。

所述S1)的含铬钢中的中铬含量为10％-25％。

所述S1)的具体步骤为：

S1.1)选取铝含量和钙含量都低于0.05％的低铝低钙铁合金和辅料，

S1.2)加入一定碱度精炼渣，精炼渣的加入量控制为渣钢质量比为1/100-1/25，进行精炼。

所述S1.2)中的所述精炼渣为碱度1.5-1.7的CaO和SiO₂的混合物。

所述精炼渣还包括MgO，MgO含量精炼渣总质量为0-12％。

所述S2)的具体步骤为：

S2.1)将连铸坯在1000℃-1400℃的温度下进行弱冷，冷却速率小于0.5℃/s

S2.2)再将连铸坯在1000-800℃的温度下进行强冷，冷却速率大于2℃/s。

所述S3)中热处理的温度为1000℃-1400℃，保温时间2-3小时。

所述S1.2)处理后的钢液中铝含量在0.001％以下，钙含量在0.0003％以下，硅含量在0.4％以下。

实施例1：

在含铬量为10％的含铬钢精炼过程中，严格控制合金和辅料中的铝和钙含量，使用铁合金中最高铝含量为0.04％和最高钙含量为0.03％的低铝低钙铁合金和辅料，使用碱度为1.65的CaO-SiO₂-MgO精炼渣，将钢水中夹杂物控制为SiO₂-MnO；将钢中的硅含量控制到0.28％，通过结晶器二冷先弱冷后强冷的冷却工艺增强连铸坯在1000℃至1400℃温度下的停留时间，弱冷的冷却速率小于0.5℃/s，强冷的冷却速率大于2℃/s，通过在1260℃温度下高温加热处理加热保温时间在3小时，最终得到表面锯齿形MnO-Cr₂O₃尖晶石夹杂物的生成，如图2所示，增强夹杂物与钢基体的连接性，从而得到抛光性能良好的中铬铁素体不锈钢产品。

实施例2：

在含铬量为10％的含铬钢精炼过程中，严格控制合金和辅料中的铝和钙含量，使用铁合金中最高铝含量为0.04％和最高钙含量为0.03％的低铝低钙铁合金和辅料，使用碱度为1.7的CaO-SiO₂-MgO精炼渣，将钢水中夹杂物控制为SiO₂-MnO；将钢中的硅含量控制到0.28％，通过结晶器二冷先弱，增强连铸坯在1400℃温度下，弱冷的冷却速率小于0.5℃/s，强冷的冷却速率大于2℃/s，的停留时间，通过在1260℃温度下高温加热处理加热保温时间在2小时，最终得到表面锯齿形MnO-Cr₂O₃尖晶石夹杂物的生成，增强夹杂物与钢基体的连接性，从而得到抛光性能良好的中铬铁素体不锈钢产品。

实施例3：

在含铬量为10％的含铬钢精炼过程中，严格控制合金和辅料中的铝和钙含量，使用铁合金中最高铝含量为0.04％和最高钙含量为0.03％的低铝低钙铁合金和辅料，使用碱度为1.5的CaO-SiO₂-MgO精炼渣，将钢水中夹杂物控制为SiO₂-MnO；将钢中的硅含量控制到0.28％，通过结晶器二冷先弱冷后强冷的冷却工艺增强连铸坯在1000℃温度下的停留时间，弱冷的冷却速率小于0.5℃/s，强冷的冷却速率大于2℃/s，通过在1260℃温度下高温加热处理加热保温时间在2.5小时，最终得到表面锯齿形MnO-Cr₂O₃尖晶石夹杂物的生成，增强夹杂物与钢基体的连接性，从而得到抛光性能良好的中铬铁素体不锈钢产品。

以上对本申请实施例所提供的一种含铬钢表面抛光夹杂物凹坑缺陷的控制方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (5)

1.一种含铬钢表面抛光夹杂物凹坑缺陷的控制方法，该方法通过降低合金和辅料中的铝和钙的含量，同时加入低碱度精炼渣进行精炼，在保证含铬钢热力学平衡状态下的改变了非金属夹杂物种类，在连铸过程中控制冷却温度，热处理过程提高热处理温度，改变钢中非金属夹杂物的形状，增强其与钢基体的连接性，最终有效避免夹杂物引起的表面抛光凹坑缺陷，其特征在于，所述控制方法具体包括以下步骤：

S1）含铬钢精炼过程中，对合金和辅料中的铝和钙进行调整，同时加入碱度精炼渣，对钢水中夹杂物进行控制，降低钢水中硅元素的含量；处理后的钢液中铝含量在0.001%以下，钙含量在0.0003%以下，硅含量在0.4%以下；

S2)在含铬钢的连铸过程中，通过结晶器二冷先弱冷后强冷的冷却工艺，使连铸坯表层夹杂物由球形氧化物夹杂物向锯齿形杂物和复合夹杂物的转变；

具体为：

S2.1）将连铸坯在1000℃-1400℃的温度下进行弱冷，冷却速率小于0.5℃/s

S2.2）再将连铸坯在1000-800℃的温度下进行强冷，冷却速率大于2℃/s；

S3）在含铬钢的热处理过程中，在一定的温度下进行热处理，并保温一定时间，促进产品表面锯齿形夹杂物的生成，从而避免夹杂物引起的表面抛光凹坑缺陷，所述热处理的温度为1000℃-1400℃，保温时间2-3小时。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述S1）的含铬钢中的中铬含量为10%-25%。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述S1）的具体步骤为：

S1.1）选取铝含量和钙含量都低于0.05%的低铝低钙铁合金和辅料，

S1.2）加入一定碱度精炼渣，精炼渣的加入量控制为渣钢质量比为1/100-1/25，进行精炼。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述S1.2）中的所述精炼渣为碱度1.5-1.7的CaO和SiO₂的混合物。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述精炼渣还包括MgO，MgO含量占精炼渣总质量为0-12%。

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