CN1223694C - 一种超纯铁素体不锈钢的真空感应熔炼方法 - Google Patents
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Abstract
一种超纯铁素体不锈钢的真空感应熔炼方法，原材料的、金属铬Cr的Al含量控制在0.05wt%以下，纯Fe的碳含量控制在0.02wt%左右，铁的氧化皮不做任何处理；将Fe、Cr、Mo在真空下熔炼，真空度控制在20～40Pa；将钢液在1620～1670℃，1～5Pa的真空下，精练15～20分钟；降温使钢液凝固；再升温至1520～1550℃，在氩气氛下，5±1分钟内向钢液中逐渐加入Mg、Ca，加入量各0.1wt%，同时搅拌；继续抽真空5±1分钟；最后将温度升至1570～1590℃，控制浇锭。本发明可以在保证熔炼合金的成分完全满足国外EB26-1标准要求的前提下，使得严重影响合金腐蚀性能的C含量小于80ppm，C+N杂质总和小于120ppm，C+O+N含量总和小于150ppm。同时降低了熔炼合金的S含量，含量低于30ppm，保证合金在高温时具有良好的塑性，优良的锻造性能，合金热穿管的成材率达到100%。
Description
技术领域：
本发明涉及金属材料的熔炼技术，特别提供了一种用真空感应熔炼技术获得超纯度铁素体不锈钢的方法。
背景技术：
超纯铁素体不锈钢具有良好的焊接性能、韧性，在多种腐蚀介质中具有优良的抗腐蚀能力，尤其是抗应力腐蚀和晶间腐蚀能力更为突出，而上述性能的实现则全在于钢中的杂质C、O、N、S是否降到了超纯净的限度。通常期望C+N在合金中的量小于150ppm、C+N+O小于200ppm。S含量越低对合金的热加工(锻造、热轧、热穿孔)越有利。因此，合金超纯净的熔炼技术的开发及成本成为该合金应用的关键。
七十年代，国内外都研究了真空感应+真空电子束熔炼的超纯铁素体不锈钢的熔炼技术，尽管纯度达到指标要求，但合金的Cr含量较难控制，同时合金的价格太贵，使得材料无法应用。八十年代，国内开始研究单一真空感应熔炼的技术，研究了Si-Al-Re的脱氧、脱硫的方法，但N的控制仍存在问题。稀土Re的加入使的工艺过程较难实现，合金中稀土Re的氧化物增多，坩埚也容易损坏。
发明的技术内容：
本发明的目的在于提供一种超纯铁素体不锈钢的真空感应熔炼方法，该方法可以大大降低合金中C、O、N、S的含量，从而保证了合金在高温时具有良好的塑性，优良的锻造性能。
本发明提供了一种超纯铁素体不锈钢的真空感应熔炼方法，其特征在于：
1)原材料的选择：
所用的纯Fe、金属Cr的Al含量控制在0.05wt％以下，纯Fe的碳含量控制在0.02wt％左右，纯铁表面的氧化皮不做任何处理；
2)工艺过程：
将纯Fe、金属Cr、Mo在真空下熔炼，熔化期真空度控制在200～40Pa；
将熔化的钢液在1620～1670℃，1～5Pa的真空下，精练15～20分钟；
停电降温至1450～1480℃，使钢液凝固；
再升温至1520～1550℃，在氩气保护性气氛下，5±1分钟内向钢液中逐渐加入强脱氧、脱硫剂Mg、Ca，加入量各0.1wt％，同时搅拌；之后，在该温度下继续抽真空5±1分钟，真空度小于5Pa；
最后将温度升至1570～1590℃，控制浇锭。
本发明提供的超纯铁素体不锈钢的真空感应熔炼方法中，工艺过程的机理是这样的：
合金的熔化期：在真空下熔炼纯Fe、金属Cr、Mo，不加保护性气氛，通过此阶段良好的碳-氧反应，达到合金的主要脱碳、脱氮的目的。
合金精炼期：采用高温、高真空的精炼制度，进一步通过坩埚的表面和钢液的上表面脱碳、脱氧、脱氮。
合金的冷凝期：随合金液温度的降低，合金中氧、氮的溶解度降低，还会出现一定的脱氧、脱氮的效果。
脱氧、脱硫期：在氩气保护性气氛下，向钢液中加入强脱氧、脱硫剂Mg、Ca(加入量各0.1wt％)，进一步实现合金的强化脱氧、脱硫；在实现了合金的强脱氧、脱硫后，抽真空以去除合金液中具有高蒸汽压的残留Mg、Ca。
总之，通过本发明超纯铁素体不锈钢的真空感应熔炼方法，可以在保证熔炼合金的成分完全满足国外EB26-1标准要求的前提下，使得严重影响合金腐蚀性能的C含量小于80ppm，C+N杂质总和小于120ppm，C+O+N含量总和小于150ppm。同时降低了熔炼合金的S含量，含量低于30ppm，保证合金在高温时具有良好的塑性，优良的锻造性能，合金热穿管的成材率达到100％。
具体实施方式：
1.原材料的选择及处理：选择的铸造纯铁(或热轧纯铁)和金属Cr的Al含量控制在0.05wt％以下，其目的是使得熔化期的碳-氧反应更充分，防止Al含量偏高抑制熔化期的碳-氧反应。表面有氧化皮的纯铁棒不经滚磨，加之纯铁与金属Cr自身的氧含量约0.1wt％，造成熔化期、精炼期钢液中富氧，利于碳-氧反应的脱碳、脱氧、脱氮。2.纯铁、金属Cr、Mo一同装入MgO成型坩埚中进行熔化，强脱氧剂Mg、Ca装入炉盖上的合金加料斗。3.熔化期一直在真空下进行。为获得熔化期良好的碳脱氧，熔化过程中不推荐炉内通入惰性保护气氛，只通过真空阀门的关闭有效地控制碳-氧反应的程度并保证熔化过程的正常进行。在熔化的材料不产生严重的崩溅的前提下，希望熔化中有良好的碳脱氧沸腾现象，因为原材料的脱碳、脱氮和部分脱氧过程主要发生在熔化期。4.精炼期在高温、高真空下进行，精炼温度控制在1650℃左右，进一步通过钢液的表面去除钢液中的C、O、N。5.精炼期后，钢液进行冷凝处理。因钢液溶解的O、N随温度的降低，溶解度降低，在此过程中，还会有解析的气体从钢液中释放出来。6.熔化期、精炼期、冷凝期完成了脱碳、脱氮后，在稍高于合金熔点及保护气氛下加强脱氧、脱硫元素Mg、Ca，加入时边加边搅拌，使得钢液表面富集的O、S最终被有效脱除。7.在低温下抽真空5分钟，去除残余的Mg、Ca。
应用上述技术在75Kg和200Kg真空感应炉冶炼了多炉000Cr26Mo1超纯铁素体不锈钢铸锭。表1给出了熔炼的合金铸锭、标准EB26-1以及真空感应+真空电子束双联熔炼合金的微量元素的对比结果。可见用本专利技术熔炼的000Cr26Mo1合金的获得了高的纯净度，C含量小于80ppm，C+N杂质总和小于120ppm，C+O+N含量总和小于150ppm。同时降低了熔炼合金的S含量，含量低于30ppm。
表1 000Cr26Mo1合金微量元素成分的对比结果(wt％)
| 应用技术 | 容量 | C | N | O | S | P | Si | Mn |
| 本专利 | 75kg | 0.0053 | 0.0050 | 0.0014 | 0.0015 | 0.0010 | 0.061 | 0.010 |
| 165kg | 0.00600.00600.00600.00600.0072 | 0.00480.00530.0058-- | 0.00190.00240.0015-- | 0.00150.00140.00140.00300.0023 | 0.00190.00200.00170.00280.0029 | 0.1870.1710.2150.1500.160 | 0.028＜0.020.0280.0500.060 | |
| 双联技术(VIM+EB+EB) | ≤0.0050≤0.0050≤0.0050 | 0.010.0060.006 | --- | 0.0150.0150.015 | --- | 0.250.250.25 | 0.030.030.03 | |
| EB26-1 | ＜0.01 | ＜0.015 | ＜0.01 | ＜0.02 | ＜0.02 | ＜0.40 | ＜0.40 |
VIM：真空感应熔炼
EB：真空电子束熔炼
EB26-1：Airco Vacuum Metals公司注册商标。
Claims (1)
1、一种超纯铁素体不锈钢的真空感应熔炼方法，其特征在于：
1)原材料的选择：
所用的纯Fe、金属Cr的Al含量控制在0.05wt％以下，纯Fe的碳含量控制在0.02wt％，纯铁表面的氧化皮不做任何处理；
2)工艺过程：
将纯Fe、金属Cr、Mo在真空下熔炼，熔化期真空度控制在20～40Pa；
将熔化的钢液在1620～1670℃，1～5Pa的真空下，精练15～20分钟；
停电降温至1450～1480℃，使钢液凝固；
再升温至1520～15502，在氩气保护性气氛下，5±1分钟内向钢液中逐渐加入强脱氧、脱硫剂Mg、Ca，加入量各0.1wt％，同时搅拌；之后，在该温度下继续抽真空5±1分钟，真空度小于5Pa；
最后将温度升至1570～1590℃，控制浇锭。
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