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不锈钢熔炼有特性 适宜的控制技术很重要
2017年06月19日 09:26 温州俊企不锈钢有限公司
ZG1Cr17Mn12Ni2N铬锰氮不锈钢是一种高铬、高锰、高氮、低镍型奥氏体不锈钢,金相组织为单一奥氏体,是耐腐蚀不锈钢,其力学性能很高。因其独特的物理特性,在发电行业中有着很特殊的用途。
  本研究通过对生产的整个过程进行分析、控制,采用AC+LF+VOD熔炼,获得了高强度、低导电、低导磁、X射线检测合格的铸件材料。

  1.材料特性

  由于氮是强烈的奥氏体化元素,在“Cr-Mn-N”系不锈钢中,wN=0.015%时,钢的金相组织为铁素体;,wN=0.13%~0.33%时,钢的金相组织为铁素体和奥氏体;wN=0.58%时,则可获得单一奥氏体。
  但在实际生产中,对钢中的含氮量应严格控制,因为在一般的熔炼条件下,氮的加入量超过一定数量时,由于氮的析出及氮析出时促进了氢的析出,使铸件容易产生气孔和疏松缺陷。
  钢中的Cr、Mn、Mo等元素会降低氮在钢中的活度,提高氮在钢中的溶解能力,而Ni、Si、C会减少氮在钢中的溶解度。氮在钢中的溶解度遵循西华特定律,从气相中吸氮受西华特定律限制,所以需要合适的熔炼技术,使在一般压力条件下的氮含量远超过热力学平衡时的氮含量,以便氮以间隙原子或氮化物的形式存在于钢中。
  由于碳在钢中形成碳化物,对奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能危害极大,所以C尽可能降低,因此宜控制wC=0.12%~0.15%。
  铬是使不锈钢具有抗腐蚀能力的基本元素,当wCr>12%时,钢的抗腐蚀性能发生突变,因此应控制wCr=16.5%~17.75%。
  镍是促进奥氏体形成的元素,具有良好的抗腐蚀能力,并且是贵重的合金材料,“Cr-Mn-N”系不锈钢就是为了减少镍的加入量,节约成本,但是加入少量的镍配合其他元素使用,能提高钢的综合性能。
  锰也是奥氏体形成元素,可以部分代替镍的使用,同时锰的加入也利于氮的溶解,不足之处是降低钢的耐腐蚀性,因此应控制wNi=11%~12.5%。

  综上所述,要获得单一的奥氏体组织,熔炼过程中,在加入适量的锰和铬后,再以氮化物的形式加入氮。

  2. 化学成分控制

  (1)ZG1Cr17Mn12Ni2N化学成分要求如表1所示。
(2)为保证钢液中氮的固溶及铸件良好的综合性能,钢液的内控化学成分按表2所示范围进行控制。
  
  3. 熔炼过程控制

  (1)电弧炉操作 采用返回法熔炼,使用优质废钢,以确保钢液的磷含量不超标。高碳铬铁和低碳铬铁铺于炉底,钢液的熔清碳含量按wC=1.5~1.7%控制。氧化期吹氧脱碳至wC=0.6~0.7%,氧化期结束后扒净钢渣,加入金属锰、硅铁、硅钙块、铝块等进行沉淀脱氧。
  铬含量按上限控制,镍含量按中上限控制。低碳锰铁和金属锰在钢渣充分还原后加入,锰含量超出规格上限wC=0.5%。
  还原期流渣操作后重新造新渣,进行脱硫操作,扩散脱氧剂采用碳粉、硅钙粉及铝粉,要做到还原充分。通过换渣操作及充分的还原,将硫含量脱至wC=0.015%以下。扒渣后出钢,电弧炉出钢温度为1700~1720℃。
  (2)LF+VOD精炼操作 入罐进入LF工位后重新造渣,并送电升温,进行还原脱硫操作。脱硫至硫含量<0.01%,升温至1660~1680℃后,吊包至扒渣平台进行扒渣操作。
  扒渣后吊包入罐进入VOD工位,抽真空后进行真空吹氧脱碳操作,吹氧压力为0.9~1.0MPa,氧浓度仪出现拐点后停止吹氧,继续抽真空进行真空碳脱氧操作,在133Pa真空度下保持10~15min。
  破真空后加入造渣材料和脱氧剂,继续抽真空进行真空还原,在133Pa真空度下保持15~20min。
  真空还原结束后加入氮化铬铁进行氮的配入,配氮时要考虑到钢水中原有的氮含量为0.015%左右,并对化学成分进行微调,化学成分、钢水温度合适后喂钙铁线进行终脱氧。
  成分合格、温度合适则吊包浇注。根据铸件的壁厚,通过熔点计算及合适的过热度,所以规定浇注温度为1555~1565℃较适宜。

  4.结果分析

  (1)化学成分分析 如表3所示。
  (2)性能分析 如表4所示。

  (3)金相分析 随机取两块试样做金相组织分析,金相图见图1、图2(高氯化铁腐蚀100×),由图可见铸件材料的金相组织为单一奥氏体组织。

  (4)X射线检测 每件铸件均进行X射线探伤,探伤标准为《ASTME1860》,通过对铸件内部质量的检测,可以进行铸件缺陷的分析判定及工艺方案的验证和改进。我们生产的铸件经过探伤,二级合格率达到90%以上。
  5.结语
  通过充分的技术及生产准备,冶炼出了合格、优质的ZG1Cr17Mn12Ni2N铬锰氮不锈钢的钢液,成功地生产出了合格的铸件,满足了客户的需求。同时获得了ZG1Cr17Mn12Ni2N铬锰氮不锈钢的工艺参数,掌握了此种钢熔炼方法,为我公司以后生产此类钢种打下了基础,同时增大了我公司的生产领域。

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