CN115961210A - 一种新型易切削奥氏体不锈钢的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型易切削奥氏体不锈钢的生产工艺，本发明生产工艺主要是三段式，其生产工艺包括：配料、电炉冶炼、LC炉冶炼、VOD钢包精炼、连铸、铸坯修磨、酸洗工序处理。本发明通过三段式易切削奥氏体不锈钢生产工艺，通过微合金化改善硫化物形貌和分布，提高材料的热加工性能，提高冶炼钢水的纯净度，从而获得一种具有优异切削性能和高表面质量的奥氏体不锈钢。该不锈钢生产工艺的制备方法，生产流程工艺简化，高效节能，并将硫元素的含量控制在0.25%以下，磷元素控制在0.035%以下。能够制备出易切削、具有高表面质量的奥氏体不锈钢。
Description
技术领域
本发明属于不锈钢冶炼技术领域，具体涉及一种新型易切削奥氏体不锈钢的生产工艺。
背景技术
易切削不锈钢是指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。铬是使不锈钢获得耐蚀性的基本元素，当钢中含铬量达到1.2%左右时，铬与腐蚀介质中的氧作用，在钢表面形成一层很薄的氧化膜（自钝化膜），可阻止钢的基体进一步腐蚀。
专利申请号为202110804305.8的发明专利，该专利通过适当控制不锈钢中的硫含量，通过碲微合金化改善硫化物形貌和分布，添加硼元素提高材料的热加工性能，从而获得一种具有优异切削性能和高表面质量的奥氏体不锈钢线材。该不锈钢线材的制备方法，工序简单，操作方便，能够制备出易切削、具有高表面质量的奥氏体不锈钢线材。但是大量的硫化物会导致钢的力学性能降低，热加工性能差，并且缺陷率高。
专利申请号为202010302365.5的发明专利，本发明所述的一种含硫易切削奥氏体不锈钢合金材料的生产工艺，该含硫易切削奥氏体不锈钢合金材料，此类钢中的含有Ti，可显著提高其耐晶间腐蚀性能，同时对浓硝酸具有良好的耐蚀性，同时通过多种工艺步骤的加工，使得合金材料且具有高韧性和塑性与易切削性，且加工工艺步骤简单，成本低，可大范围推广。但是该钢种的强度较低，不能通过相变产生强化效果，只能通过冷加工进行强化。
因此针对奥氏体不锈钢的生产难点，对其生产方法和工艺做出了相应的研究和改进。进一步提高奥氏体不锈钢的易切削性能，因此我们提出了一种新型易切削奥氏体不锈钢的生产工艺。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种新型易切削奥氏体不锈钢的生产工艺，以有效解决背景技术中的难点。
为了解决上述背景技术中的这些问题，本发明提供如下技术方案：一种新型易切削奥氏体不锈钢的生产工艺，所述新型易切削奥氏体不锈钢的化学成分按质量百分比计，包括 C:0.04～0.15％、Si:0.35～1.00％、N<0.10％、Mn:1.60～2.00％、Cr:17～19％、Ni:8～10％、S:0.20～0.30％、Cu:0.50～1.00％、P:0.04～0.20%、Sn:0.035～0.05%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明生产工艺主要是三段式，其生产工艺包括：配料、电炉冶炼、LC炉冶炼、VOD钢包精炼、连铸、铸坯修磨、酸洗工序处理，三段式炼钢的主要步骤为：
S1、配料：将配比好的不锈钢废料装入料罐中。配料中各个元素的用量根据不同元素的含量来控制在一定的范围，例如，P元素的上限为0.03%，则废不锈钢的配比少于30%；P元素的上限为0.025%，则废不锈钢的配比少于15%；Cu元素的上限为0.3%的钢种，则废不锈钢的配比少于15%；各种自生料（盘元，切头尾，残钢，渣铁）每炉配加的比例不超过不锈钢投入量的40%，如需配加焦炭用来还原Cr2O3，则每炉的添加量控制在280KG~320 KG。
S2、熔炼炉：将不锈钢废料加入熔炼炉中，电炉的主要结构是电极棒、水冷系统和出钢口，主要的功能就是利用电能将废钢快速溶解，包含的主要流程就是加料、送电、吹氧、排渣、测温取样和出钢。其中，吹氧脱Si，当Si≤0.5%，温度到1600℃~1760℃时，满足出钢条件。
S3、LC炉：熔炼炉出钢完毕后进行扒渣作业，将钢包转移至LC工位，受钢、精炼程序的计算，吹氧脱碳、出钢。其中出钢成分要求为C≤0.8%、0.5%≤Mn≤0.7%、P≤0.035%、S≤0.01%、17%≤Cr≤17.5%、Ni≤0.2%、0.2%≤Mo≤0.6%、Cu≤0.5%，除此之外，出钢温度控制在1720℃~1780℃。
S4、VOD：LC吹氧加热结束后的钢水被行车吊到VOD设备作业处，后进行以下的作业流程。VOD是真空脱氧脱碳设备，将熔化与精炼过程在不同设备中完成。VOD的主要用途是用于不锈钢或高铬合金钢液脱碳，VOD设备还可以对所有钢种进行脱碳、除气、脱硫，或者通过吹氧以化学能实现加热。其中出钢成分要求为C≤0.03%、1.0%≤Si≤1.2%、0.9%≤Mn≤1.0%、P≤0.035%、0.2%≤S≤0.25%、17.7%≤Cr≤18.0%、Ni≤0.2%、0.2%≤Mo≤0.3%、Cu≤0.5%，除此之外出钢温度控制在1558℃~1568℃。
S5、连铸：确认水平连铸机组运转正常，调整结晶器进出水压力、流量，连铸拉坯，控制炉内钢水温度、拉坯速度、拉坯频率。其中钢种液相线温度为1493℃，首炉中包过热度控制范围为30~45℃，160方胚拉速控制1.1~1.35m/min；
S6、铸坯修磨：对铸坯表面有缺陷的地方进行修磨作业。
S7、酸洗工序处理：这种新型奥氏体不锈钢经过充分地酸洗和钝化，去除表面油污、铁锈、氧化铁皮和焊点等各种污垢，表面变成均匀的银白色，为钝化处理创造条件，保证形成优质的钝化膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、其生产工艺主要是三段式，其生产工艺包括：配料、电炉冶炼、LC炉冶炼、VOD钢包精炼、连铸、铸坯修磨、酸洗工序处理。本发明通过三段式易切削奥氏体不锈钢生产工艺，通过微合金化改善硫化物形貌和分布，提高材料的热加工性能，提高冶炼钢水的纯净度，从而获得一种具有优异切削性能和高表面质量的奥氏体不锈钢。该不锈钢生产工艺的制备方法，生产流程工艺简化，高效节能，并将硫元素的含量控制在0.25%以下，磷元素控制在0.035%以下。能够制备出易切削、具有高表面质量的奥氏体不锈钢。
2、本发明采用三段式生产工艺，采用三段式生产工艺能够更好地精确控制各个元素的含量。三段式生产工艺精髓在于：结合AOD及VOD两制程的优点，将脱碳制程拆成两段进行；用MRP将碳含量脱至0.3%左右，可以有效解决VOD脱碳速率慢，无法使用高碳合金的问题；用VOD将碳含量由0.3%降低至0.08%以下，甚至0.03%以下，避免了AOD脱碳末期必须使用大量的氩气及同时缩短冶炼时间。
3、本发明炼钢采用三段式优点：氩气用量少，还原矽用量少，耐火材费用低；脱碳效率高，不需要使用大量的低碳合金。在确保不影响不锈钢力学性能、耐腐蚀性能的前提下，保持良好的易切削性能，有利于扩大奥氏体不锈钢的应用范围。
4、本发明生产的奥氏体易切削不锈钢除了具有良好的切削性外，还具有较高的成材率和表面质量，大大降低了生产成本，除满足用户需求外，还具有较高的经济效益。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
1.配料：将配比好的不锈钢废料装入料罐中。P元素的含量为0.03%，则废不锈钢的配比为30%；Cu元素的含量为0.3%的钢种，则废不锈钢的配比为15%；各种自生料（盘元，切头尾，残钢，渣铁）每炉配加的比例不超过不锈钢投入量的40%，如需配加焦炭用来还原Cr2O3，则每炉的添加量控制在320 KG。
2.熔炼炉：当Si=0.5%，温度到1760℃时，满足出钢条件。
3.LC炉：其中出钢成分为C=0.8%、Mn=0.7%、P=0.035%、S=0.01%、Cr=17.5%、Ni=0.2%、Mo=0.6%、Cu=0.5%，除此之外出钢温度控制在1780℃。
4.VOD：出钢成分要求为C=0.03%、Si=1.2%、Mn=1.0%、P=0.035%、S=0.25%、Cr=18.0%、Ni=0.2%、Mo=0.3%、Cu=0.5%，出钢温度为1568℃。
5.连铸：钢种液相线温度为1493℃，首炉中包过热度控制范围为45℃，160方胚拉速控制1.35m/min；
6.铸坯修磨：对铸坯表面有缺陷的地方进行修磨作业。
7.酸洗工序处理：这种新型奥氏体不锈钢经过充分地酸洗和钝化，去除表面油污、铁锈、氧化铁皮和焊点等各种污垢，表面变成均匀的银白色，为钝化处理创造条件，保证形成优质的钝化膜。
实施例2
1.配料：将配比好的不锈钢废料装入料罐中。P元素的含量为0.025%，则废不锈钢的配比为15%；Cu元素的上限为0.2%的钢重，则废不锈钢的配比为10%；各种自生料（盘元，切头尾，残钢，渣铁）每炉配加的比例不超过不锈钢投入量的40%，如需配加焦炭用来还原Cr2O3，则每炉的添加量控制在300 KG。
2.熔炼炉：当Si=0.4%，温度到1700℃时，满足出钢条件。
3.LC炉：出钢成分为C=0.7%、Mn=0.6%、P=0.03%、S=0.009%、Cr=17.2%、Ni=0.15%、Mo=0.4%、Cu=0.4%，出钢温度为1750℃。
4.VOD：出钢成分为C=0.02%、Si=1.1%、Mn=0.95%、P=0.03%、S=0.23%、Cr=17.9%、Ni=0.15%、Mo=0.25%、Cu=0.4%，除此之外出钢温度为1562℃。
5.连铸：确认水平连铸机组运转正常，调整结晶器进出水压力、流量，连铸拉坯，控制炉内钢水温度、拉坯速度、拉坯频率。其中钢种液相线温度为1493℃，首炉中包过热度控制范围为40℃，160方胚拉速为1.2m/min；
6.铸坯修磨：对铸坯表面有缺陷的地方进行修磨作业。
7.酸洗工序处理：这种新型奥氏体不锈钢经过充分地酸洗和钝化，去除表面油污、铁锈、氧化铁皮和焊点等各种污垢，表面变成均匀的银白色，为钝化处理创造条件，保证形成优质的钝化膜。
实施例3
1.配料：将配比好的不锈钢废料装入料罐中。P元素的含量为0.028%，则废不锈钢的配比为25%；Cu元素的上限为0.2%的钢种，则废不锈钢的配比少于10%；各种自生料（盘元，切头尾，残钢，渣铁）每炉配加的比例不超过不锈钢投入量的40%，如需配加焦炭用来还原Cr2O3，则每炉的添加量控制在280KG 。
2.熔炼炉：当Si=0.3%，温度到1600℃时，满足出钢条件。
3.LC炉：出钢成分为C=0.6%、Mn=0.5%、P=0.025%、S=0.008%、Cr=17%、Ni=0.1%、Mo=0.2%、Cu=0.3%，除此之外出钢温度为1720℃。
4.VOD：出钢成分为C=0.02%、Si=1.%、Mn=0.9%、P=0.025%、S=0.2%、Cr=17.7%、Ni=0.1%、Mo=0.2%、Cu=0.3%，除此之外出钢温度控制在1558℃。
5.连铸：钢种液相线温度为1493℃，首炉中包过热度控制范围为30℃，160方胚拉速控制1.1m/min；
6.铸坯修磨：对铸坯表面有缺陷的地方进行修磨作业。
7.酸洗工序处理：这种新型奥氏体不锈钢经过充分地酸洗和钝化，去除表面油污、铁锈、氧化铁皮和焊点等各种污垢，表面变成均匀的银白色，为钝化处理创造条件，保证形成优质的钝化膜。
Claims (2)
1.一种新型易切削奥氏体不锈钢的生产工艺，其特征在于：所述新型易切削奥氏体不锈钢的化学成分按质量百分比计，包括 C:0.04～0.15％、Si:0.35～1.00％、N<0.10％、Mn:1.60～2.00％、Cr:17～19％、Ni:8～10％、S:0.20～0.30％、Cu:0.50～1.00％、P:0.04～0.20%、Sn:0.035～0.05%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种新型易切削奥氏体不锈钢的生产工艺，其特征在于：该生产工艺主要是三段式，其生产工艺包括：配料、电炉冶炼、LC炉冶炼、VOD钢包精炼、连铸、铸坯修磨、酸洗工序处理，具体的炼钢的主要步骤如下：
S1、配料：将配比好的不锈钢废料装入料罐中，配料中各个元素的用量根据不同元素的含量来控制在一定的范围，例如，P元素的上限为0.03%，则废不锈钢的配比少于30%；P元素的上限为0.025%，则废不锈钢的配比少于15%；Cu元素的上限为0.3%的钢种，则废不锈钢的配比少于15%；各种自生料（盘元，切头尾，残钢，渣铁）每炉配加的比例不超过不锈钢投入量的40%，如需配加焦炭用来还原Cr2O3，则每炉的添加量控制在280KG~320 KG；
S2、熔炼炉：将不锈钢废料加入熔炼炉中，电炉的主要结构是电极棒、水冷系统和出钢口，主要的功能就是利用电能将废钢快速溶解，包含的主要流程就是加料、送电、吹氧、排渣、测温取样和出钢，其中，吹氧脱Si，当Si≤0.5%，温度到1600℃~1760℃时，满足出钢条件；
S3、LC炉：熔炼炉出钢完毕后进行扒渣作业，将钢包转移至LC工位，受钢、精炼程序的计算，吹氧脱碳、出钢，其中出钢成分要求为C≤0.8%、0.5%≤Mn≤0.7%、P≤0.035%、S≤0.01%、17%≤Cr≤17.5%、Ni≤0.2%、0.2%≤Mo≤0.6%、Cu≤0.5%，除此之外，出钢温度控制在1720℃~1780℃；
S4、VOD：LC吹氧加热结束后的钢水被行车吊到VOD设备作业处，后进行以下的作业流程，VOD是真空脱氧脱碳设备，将熔化与精炼过程在不同设备中完成，VOD的主要用途是用于不锈钢或高铬合金钢液脱碳，VOD设备还可以对所有钢种进行脱碳、除气、脱硫，或者通过吹氧以化学能实现加热，其中出钢成分要求为C≤0.03%、1.0%≤Si≤1.2%、0.9%≤Mn≤1.0%、P≤0.035%、0.2%≤S≤0.25%、17.7%≤Cr≤18.0%、Ni≤0.2%、0.2%≤Mo≤0.3%、Cu≤0.5%，除此之外出钢温度控制在1558℃~1568℃；
S5、连铸：确认水平连铸机组运转正常，调整结晶器进出水压力、流量，连铸拉坯，控制炉内钢水温度、拉坯速度、拉坯频率，其中钢种液相线温度为1493℃，首炉中包过热度控制范围为30~45℃，160方胚拉速控制1.1~1.35m/min；
S6、铸坯修磨：对铸坯表面有缺陷的地方进行修磨作业；
S7、酸洗工序处理：这种新型奥氏体不锈钢经过充分地酸洗和钝化，去除表面油污、铁锈、氧化铁皮和焊点等各种污垢，表面变成均匀的银白色，为钝化处理创造条件，保证形成优质的钝化膜。
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