CN115679201B - 一种高纯净马氏体耐热不锈钢的熔炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高纯净马氏体耐热不锈钢的熔炼方法，高纯净马氏体耐热不锈钢成分包括：C、Cr、Co、Mn、Si、Mo、Ni、Al、W、V、Ti、P、Nb、S，余量为铁以及不可避免的杂质元素，高纯净马氏体耐热不锈钢的制造方法包括：EF初炼过程；AOD脱碳过程；一次还原过程；LF还原过程；VD真空处理过程；浇注过程；电渣重熔过程；一次冶炼阶段在精炼工序造低碱度渣，碱度按2～3进行控制，以最大程度降低刚玉夹杂物含量（B类），生成较大尺寸的硅酸盐类夹杂（C类）；电渣重熔时选用相同碱度（R＞10）渣系，完全去除C类夹杂和大尺寸的B类夹杂，最终钢中夹杂物尺寸和数量得到有效控制，从而让B、D类夹杂物比原方案评级低0.5‑1.0级。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢熔炼相关技术领域，具体为一种高纯净马氏体耐热不锈钢的熔炼方法。
背景技术
12%Cr型马氏体不锈钢是Cr含量最低的一类不锈钢，具有一般腐蚀和高温氧化抗力。由于具有高强度、中温耐热性、加工和可焊接性等优良综合性能以及价格便宜等特点，已作为中温高强度结构材料发展并形成为一个独立复杂合金体系，通常称为12%Cr型马氏体热强不锈钢或12%Cr型耐热钢。该系列钢被大量用于制造620℃以下工作的超临界汽轮机叶片，480℃以下长时间工作的燃气轮机叶片、盘、轴颈等，以及抗低温和海水腐蚀的船舶螺旋桨，火箭发动机液氧容器及其它小型薄壁压力容器等。作为蒸汽轮机和燃气轮机叶片等中温下工作的转动件用材，其使用环境极为恶劣，因此对钢的纯净度、组织均匀性有很高的要求。
原工艺存在以下缺点：
12%Cr型马氏体耐热不锈钢为达到高的纯净度，一般采用“电炉+电渣重熔”工艺熔炼，工艺路线为：电弧炉/非真空感应炉+AOD/VOD+LF+VD/RH→模铸/连铸→电渣重熔。其一次熔炼阶段，在精炼炉造高碱度渣系，并使用硅、铝、锰、钙等脱氧剂对钢液进行脱氧，再经真空处理和“软吹/搅拌”，浇注的锭/坯中夹杂物以Al2O3、Al2O3-MgO系为主。电渣重熔阶段采用高碱度渣系，其去除硫化物夹杂、硅酸盐类夹杂能力强，也可避免过多增氧；但去除点状类夹杂物夹杂物较弱。因而，该类不锈钢电渣锭中主要是氧化铝（B类夹杂）和球状氧化物（镁铝尖晶石、钙铝酸盐等D类夹杂）等脆性夹杂，且总数较多，几乎没有变形能力，对转动件的疲劳强度和持久、蠕变等性能产生不利影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高纯净马氏体耐热不锈钢的熔炼方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高纯净马氏体耐热不锈钢的熔炼方法，所述高纯净马氏体耐热不锈钢成分及重量百分比为：本发明提供了高纯净马氏体耐热不锈钢，化学成分按重量百分比计为：C：0.35-0.45％，Cr：11-13％，Co：0.01-0.05％，Mn：0.1-0.3％，Si：0.05-0.1％，Mo：2.0-2.5％，Ni：7.5-8.5％，Al：0.005-0.01％，W：0.08-0.30％，V：0.10-0.30％，Ti：0.01-0.05％，P：0.01-0.02％，Nb：0.1-0.3％，S：0.01-0.02％，余量为铁以及不可避免的杂质元素。
优选的，所述高纯净马氏体耐热不锈钢的制造方法包括以下步骤：
步骤一：EF初炼过程；
步骤二：AOD脱碳过程，所述AOD脱碳过程先兑入钢水后测温，扒渣，开始吹炼，然后加石灰、萤石，然后再加入高碳铬铁、硅铁，再继续脱碳；
步骤三：一次还原过程，所述一次还原过程中，先进行扒渣，再加入石灰、萤石，然后通过Fe-Si进行一次还原；
步骤四：LF还原过程，所述LF还原过程中，先加入石灰约、萤石、造低碱度渣，并用铝粒、电石粉、Si-C粉进行还原；
步骤五：VD真空处理过程；
步骤六：浇注过程；
步骤七：电渣重熔过程，所述电渣重熔过程中，其电极锭表面经过磨光，切除冒口后进行保护气氛电渣。
优选的，所述EF初炼过程中，其出钢温度1650～1750℃，且目标碳含量为1.8～2.5%。
优选的，所述AOD脱碳过程中，兑入钢水的温度为：1500～1550℃，其吹炼温度为：1600～1700℃，其钢水中石灰添加量为：16～20kg/t，萤石添加量为：8～10kg/t。
优选的，所述一次还原过程中，其钢水中石灰添加量为：12～15kg/t，所述一次还原的还原时间为16～20min。
优选的，所述一次还原过程中，若Cr元素回收率较低，则再次进行还原操作，当S≤0.005%，出钢后再进行扒渣处理。
优选的，所述LF还原过程中，造低碱度渣的渣系组成为：55%～65%CaO，22%～30%SiO2，5%～10%MgO，≤5%Al2O3，其碱度为：2.0～4.0，还原处理之后，其铝含量按小于0.010%进行控制。
优选的，所述VD真空处理过程中，其高真空保持时间16～22min，其抽气时间为20～30min，其软搅拌时间为：15～25min。
优选的，所述浇注过程之中，需做好保护渣吊挂，以保证密闭罩使用效果。
优选的，所述电渣重熔过程之中，保护气氛电渣选用的高碱度渣系配比为：CaF2:45%～55%，Al2O3:20%～30%，CaO:20%～25%，MgO:2%～5%，其SiO2含量≤2%，其碱度为≥10。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在一次冶炼阶段在精炼工序造低碱度渣，碱度按2～3进行控制，以最大程度降低刚玉夹杂物含量（B类），生成较大尺寸的硅酸盐类夹杂（C类）；电渣重熔时选用相同碱度（R≥10）渣系，完全去除C类夹杂和大尺寸的B类夹杂，最终钢中夹杂物尺寸和数量得到有效控制。检验数据如表格一所示，本技术方案B、D类夹杂物比原方案评级低0.5-1.0级。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明提供一种技术方案：一种高纯净马氏体耐热不锈钢的熔炼方法，高纯净马氏体耐热不锈钢成分及重量百分比为：本发明提供了高纯净马氏体耐热不锈钢，化学成分按重量百分比计为：C：0.4％，Cr：12％，Co：0.03％，Mn：0.2％，Si：0.08％，Mo：2.0％，Ni：8.0％，Al：0.01％，W：0.2％，V：0.15％，Ti：0.03％，P：0.01％，Nb：0.2％，S：0.01％，余量为铁以及不可避免的杂质元素。
优选的，高纯净马氏体耐热不锈钢的制造方法包括以下步骤：
步骤一：EF初炼过程；
步骤二：AOD脱碳过程，AOD脱碳过程先兑入钢水后测温，扒渣，开始吹炼，然后加石灰、萤石，然后再加入高碳铬铁、硅铁，再继续脱碳；
步骤三：一次还原过程，一次还原过程中，先进行扒渣，再加入石灰、萤石，然后通过Fe-Si进行一次还原；
步骤四：LF还原过程，LF还原过程中，先加入石灰约、萤石、造低碱度渣，并用铝粒、电石粉、Si-C粉进行还原；
步骤五：VD真空处理过程；
步骤六：浇注过程；
步骤七：电渣重熔过程，电渣重熔过程中，其电极锭表面经过磨光，切除冒口后进行保护气氛电渣。
优选的，EF初炼过程中，其出钢温度1700℃，且目标碳含量为1.8%。
优选的，AOD脱碳过程中，兑入钢水的温度为：1550℃，其吹炼温度为：1650℃，其钢水中石灰添加量为：18kg/t，萤石添加量为：9kg/t。
优选的，一次还原过程中，其钢水中石灰添加量为：13kg/t，一次还原的还原时间为20min。
优选的，一次还原过程中，若Cr元素回收率较低，则再次进行还原操作，当S≤0.005%，出钢后再进行扒渣处理。
优选的，LF还原过程中，造低碱度渣的渣系组成为：60%CaO，28%SiO2，7%MgO，5%Al2O3，其碱度为：2.0，还原处理之后，其铝含量按小于0.010%进行控制。
优选的，VD真空处理过程中，其高真空保持时间20min，其抽气时间为25min，其软搅拌时间为：20min。
优选的，浇注过程之中，需做好保护渣吊挂，以保证密闭罩使用效果。
优选的，电渣重熔过程之中，保护气氛电渣选用的高碱度渣系配比为：CaF2:50%，Al2O3:25%，CaO:22%，MgO:3%，其SiO2含量≤2%，其碱度为10。
实施例二
本发明提供一种技术方案：一种高纯净马氏体耐热不锈钢的熔炼方法，高纯净马氏体耐热不锈钢成分及重量百分比为：本发明提供了高纯净马氏体耐热不锈钢，化学成分按重量百分比计为：C：0.4％，Cr：12％，Co：0.03％，Mn：0.2％，Si：0.08％，Mo：2.0％，Ni：8.0％，Al：0.01％，W：0.2％，V：0.15％，Ti：0.03％，P：0.01％，Nb：0.2％，S：0.01％，余量为铁以及不可避免的杂质元素。
优选的，高纯净马氏体耐热不锈钢的制造方法包括以下步骤：
步骤一：EF初炼过程；
步骤二：AOD脱碳过程，AOD脱碳过程先兑入钢水后测温，扒渣，开始吹炼，然后加石灰、萤石，然后再加入高碳铬铁、硅铁，再继续脱碳；
步骤三：一次还原过程，一次还原过程中，先进行扒渣，再加入石灰、萤石，然后通过Fe-Si进行一次还原；
步骤四：LF还原过程，LF还原过程中，先加入石灰约、萤石、造低碱度渣，并用铝粒、电石粉、Si-C粉进行还原；
步骤五：VD真空处理过程；
步骤六：浇注过程；
步骤七：电渣重熔过程，电渣重熔过程中，其电极锭表面经过磨光，切除冒口后进行保护气氛电渣。
优选的，EF初炼过程中，其出钢温度1700℃，且目标碳含量为1.8%。
优选的，AOD脱碳过程中，兑入钢水的温度为：1550℃，其吹炼温度为：1650℃，其钢水中石灰添加量为：18kg/t，萤石添加量为：9kg/t。
优选的，一次还原过程中，其钢水中石灰添加量为：13kg/t，一次还原的还原时间为20min。
优选的，一次还原过程中，若Cr元素回收率较低，则再次进行还原操作，当S≤0.005%，出钢后再进行扒渣处理。
优选的，LF还原过程中，造低碱度渣的渣系组成为：60%CaO，28%SiO2，7%MgO，5%Al2O3，其碱度为：2.5，还原处理之后，其铝含量按小于0.010%进行控制。
优选的，VD真空处理过程中，其高真空保持时间20min，其抽气时间为25min，其软搅拌时间为：20min。
优选的，浇注过程之中，需做好保护渣吊挂，以保证密闭罩使用效果。
优选的，电渣重熔过程之中，保护气氛电渣选用的高碱度渣系配比为：CaF2:50%，Al2O3:25%，CaO:22%，MgO:3%，其SiO2含量≤2%，其碱度为10。
实施例三
本发明提供一种技术方案：一种高纯净马氏体耐热不锈钢的熔炼方法，高纯净马氏体耐热不锈钢成分及重量百分比为：本发明提供了高纯净马氏体耐热不锈钢，化学成分按重量百分比计为：C：0.4％，Cr：12％，Co：0.03％，Mn：0.2％，Si：0.08％，Mo：2.0％，Ni：8.0％，Al：0.01％，W：0.2％，V：0.15％，Ti：0.03％，P：0.01％，Nb：0.2％，S：0.01％，余量为铁以及不可避免的杂质元素。
优选的，高纯净马氏体耐热不锈钢的制造方法包括以下步骤：
步骤一：EF初炼过程；
步骤二：AOD脱碳过程，AOD脱碳过程先兑入钢水后测温，扒渣，开始吹炼，然后加石灰、萤石，然后再加入高碳铬铁、硅铁，再继续脱碳；
步骤三：一次还原过程，一次还原过程中，先进行扒渣，再加入石灰、萤石，然后通过Fe-Si进行一次还原；
步骤四：LF还原过程，LF还原过程中，先加入石灰约、萤石、造低碱度渣，并用铝粒、电石粉、Si-C粉进行还原；
步骤五：VD真空处理过程；
步骤六：浇注过程；
步骤七：电渣重熔过程，电渣重熔过程中，其电极锭表面经过磨光，切除冒口后进行保护气氛电渣。
优选的，EF初炼过程中，其出钢温度1700℃，且目标碳含量为1.8%。
优选的，AOD脱碳过程中，兑入钢水的温度为：1550℃，其吹炼温度为：1650℃，其钢水中石灰添加量为：18kg/t，萤石添加量为：9kg/t。
优选的，一次还原过程中，其钢水中石灰添加量为：13kg/t，一次还原的还原时间为20min。
优选的，一次还原过程中，若Cr元素回收率较低，则再次进行还原操作，当S≤0.005%，出钢后再进行扒渣处理。
优选的，LF还原过程中，造低碱度渣的渣系组成为：60%CaO，28%SiO2，7%MgO，5%Al2O3，其碱度为：3.0，还原处理之后，其铝含量按小于0.010%进行控制。
优选的，VD真空处理过程中，其高真空保持时间20min，其抽气时间为25min，其软搅拌时间为：20min。
优选的，浇注过程之中，需做好保护渣吊挂，以保证密闭罩使用效果。
优选的，电渣重熔过程之中，保护气氛电渣选用的高碱度渣系配比为：CaF2:50%，Al2O3:25%，CaO:22%，MgO:3%，其SiO2含量≤2%，其碱度为10。
实施例四
本发明提供一种技术方案：一种高纯净马氏体耐热不锈钢的熔炼方法，高纯净马氏体耐热不锈钢成分及重量百分比为：本发明提供了高纯净马氏体耐热不锈钢，化学成分按重量百分比计为：C：0.4％，Cr：12％，Co：0.03％，Mn：0.2％，Si：0.08％，Mo：2.0％，Ni：8.0％，Al：0.01％，W：0.2％，V：0.15％，Ti：0.03％，P：0.01％，Nb：0.2％，S：0.01％，余量为铁以及不可避免的杂质元素。
优选的，高纯净马氏体耐热不锈钢的制造方法包括以下步骤：
步骤一：EF初炼过程；
步骤二：AOD脱碳过程，AOD脱碳过程先兑入钢水后测温，扒渣，开始吹炼，然后加石灰、萤石，然后再加入高碳铬铁、硅铁，再继续脱碳；
步骤三：一次还原过程，一次还原过程中，先进行扒渣，再加入石灰、萤石，然后通过Fe-Si进行一次还原；
步骤四：LF还原过程，LF还原过程中，先加入石灰约、萤石、造低碱度渣，并用铝粒、电石粉、Si-C粉进行还原；
步骤五：VD真空处理过程；
步骤六：浇注过程；
步骤七：电渣重熔过程，电渣重熔过程中，其电极锭表面经过磨光，切除冒口后进行保护气氛电渣。
优选的，EF初炼过程中，其出钢温度1700℃，且目标碳含量为1.8%。
优选的，AOD脱碳过程中，兑入钢水的温度为：1550℃，其吹炼温度为：1650℃，其钢水中石灰添加量为：18kg/t，萤石添加量为：9kg/t。
优选的，一次还原过程中，其钢水中石灰添加量为：13kg/t，一次还原的还原时间为20min。
优选的，一次还原过程中，若Cr元素回收率较低，则再次进行还原操作，当S≤0.005%，出钢后再进行扒渣处理。
优选的，LF还原过程中，造低碱度渣的渣系组成为：60%CaO，28%SiO2，7%MgO，5%Al2O3，其碱度为：3.5，还原处理之后，其铝含量按小于0.010%进行控制。
优选的，VD真空处理过程中，其高真空保持时间20min，其抽气时间为25min，其软搅拌时间为：20min。
优选的，浇注过程之中，需做好保护渣吊挂，以保证密闭罩使用效果。
优选的，电渣重熔过程之中，保护气氛电渣选用的高碱度渣系配比为：CaF2:50%，Al2O3:25%，CaO:22%，MgO:3%，其SiO2含量≤2%，其碱度为10。
实施例五
本发明提供一种技术方案：一种高纯净马氏体耐热不锈钢的熔炼方法，高纯净马氏体耐热不锈钢成分及重量百分比为：本发明提供了高纯净马氏体耐热不锈钢，化学成分按重量百分比计为：C：0.4％，Cr：12％，Co：0.03％，Mn：0.2％，Si：0.08％，Mo：2.0％，Ni：8.0％，Al：0.01％，W：0.2％，V：0.15％，Ti：0.03％，P：0.01％，Nb：0.2％，S：0.01％，余量为铁以及不可避免的杂质元素。
优选的，高纯净马氏体耐热不锈钢的制造方法包括以下步骤：
步骤一：EF初炼过程；
步骤二：AOD脱碳过程，AOD脱碳过程先兑入钢水后测温，扒渣，开始吹炼，然后加石灰、萤石，然后再加入高碳铬铁、硅铁，再继续脱碳；
步骤三：一次还原过程，一次还原过程中，先进行扒渣，再加入石灰、萤石，然后通过Fe-Si进行一次还原；
步骤四：LF还原过程，LF还原过程中，先加入石灰约、萤石、造低碱度渣，并用铝粒、电石粉、Si-C粉进行还原；
步骤五：VD真空处理过程；
步骤六：浇注过程；
步骤七：电渣重熔过程，电渣重熔过程中，其电极锭表面经过磨光，切除冒口后进行保护气氛电渣。
优选的，EF初炼过程中，其出钢温度1700℃，且目标碳含量为1.8%。
优选的，AOD脱碳过程中，兑入钢水的温度为：1550℃，其吹炼温度为：1650℃，其钢水中石灰添加量为：18kg/t，萤石添加量为：9kg/t。
优选的，一次还原过程中，其钢水中石灰添加量为：13kg/t，一次还原的还原时间为20min。
优选的，一次还原过程中，若Cr元素回收率较低，则再次进行还原操作，当S≤0.005%，出钢后再进行扒渣处理。
优选的，LF还原过程中，造低碱度渣的渣系组成为：60%CaO，28%SiO2，7%MgO，5%Al2O3，其碱度为：4.0，还原处理之后，其铝含量按小于0.010%进行控制。
优选的，VD真空处理过程中，其高真空保持时间20min，其抽气时间为25min，其软搅拌时间为：20min。
优选的，浇注过程之中，需做好保护渣吊挂，以保证密闭罩使用效果。
优选的，电渣重熔过程之中，保护气氛电渣选用的高碱度渣系配比为：CaF2:50%，Al2O3:25%，CaO:22%，MgO:3%，其SiO2含量≤2%，其碱度为10。
表格一
通过对上述五组实施例与对比例进行对比实验结果，第一部分不锈钢熔炼工艺路线的特点是，电极锭冶炼与二次重熔均采用高碱度渣系。高碱度（R＞3）渣系下精炼，电极锭中的夹杂物以点状夹杂（B类、D类）为主；电渣重熔时仍采用高碱度渣系，一次冶炼的点状夹杂难以被吸附去除，导致钢中B类、D类夹杂物含量偏高，本技术方案，一次冶炼阶段在精炼工序造低碱度渣，碱度按2～3进行控制，以最大程度降低刚玉夹杂物含量（B类），生成较大尺寸的硅酸盐类夹杂（C类）；电渣重熔时选用相同碱度（R＞10）渣系，完全去除C类夹杂和大尺寸的B类夹杂，最终钢中夹杂物尺寸和数量得到有效控制。检验数据如表格一所示，本技术方案B、D类夹杂物比原方案评级低0.5-1.0级，实施例一至五之中，实施例一的方案最优。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种高纯净马氏体耐热不锈钢的熔炼方法，其特征在于，所述高纯净马氏体耐热不锈钢化学成分按重量百分比计为：C：0.35-0.45％，Cr：11-13％，Co：0.01-0.05％，Mn：0.1-0.3％，Si：0.05-0.1％，Mo：2.0-2.5％，Ni：7.5-8.5％，Al：0.005-0.01％，W：0.08-0.30％，V：0.10-0.30％，Ti：0.01-0.05％，P：0.01-0.02％，Nb：0.1-0.3％，S：0.01-0.02％，余量为铁以及不可避免的杂质元素；
所述高纯净马氏体耐热不锈钢的制造方法包括以下步骤：
步骤一：EF初炼过程；
步骤二：AOD脱碳过程，所述AOD脱碳过程先兑入钢水后测温，扒渣，开始吹炼，然后加石灰、萤石，然后再加入高碳铬铁、硅铁，再继续脱碳；
步骤三：一次还原过程，所述一次还原过程中，先进行扒渣，再加入石灰、萤石，然后通过Fe-Si进行一次还原；
步骤四：LF还原过程，所述LF还原过程中，先加入石灰、萤石、造低碱度渣，并用铝粒、电石粉、Si-C粉进行还原；
步骤五：VD真空处理过程；
步骤六：浇注过程；
步骤七：电渣重熔过程，所述电渣重熔过程中，其电极锭表面经过磨光，切除冒口后进行保护气氛电渣重熔；
所述EF初炼过程中，其出钢温度1650～1750℃，且目标碳含量为1.8～2.5%；
所述AOD脱碳过程中，兑入钢水的温度为：1500～1550℃，其吹炼温度为：1600～1700℃，其钢水中石灰添加量为：16～20kg/t，萤石添加量为：8～10kg/t；
所述一次还原过程中，其钢水中石灰添加量为：12～15kg/t，所述一次还原的还原时间为16～20min；
所述LF还原过程中，造低碱度渣的渣系组成为：55%～65%CaO，22%～30%SiO2，5%～10%MgO，≤5%Al2O3，其碱度为：2.0～4.0，还原处理之后，其铝含量按小于0.010%进行控制；
所述电渣重熔过程之中，保护气氛电渣选用的高碱度渣系配比为：CaF2:45%～55%，Al2O3:20%～30%，CaO:20%～25%，MgO:2%～5%，其SiO2含量≤2%，其碱度为≥10。
2.根据权利要求1所述的一种高纯净马氏体耐热不锈钢的熔炼方法，其特征在于：所述VD真空处理过程中，其高真空保持时间16～22min，其抽气时间为20～30min，其软搅拌时间为：15～25min。
3.根据权利要求1所述的一种高纯净马氏体耐热不锈钢的熔炼方法，其特征在于：所述浇注过程之中，做好保护渣吊挂，保证密闭罩使用效果。
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