專利名稱：一種耐熱不銹鋼及冶煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐熱不銹鋼及冶煉方法。
背景技術(shù)：
由于耐熱不銹鋼具有良好的高溫抗氧化性能、高溫長(zhǎng)期使用性能(即 蠕變性能、持久性能)以及高溫下的組織穩(wěn)定性，因此對(duì)合金的含量要求
較高，如普通的0Cr25Ni20?，F(xiàn)有的冶煉方法在設(shè)計(jì)普通的0Cr25Ni20的成 分時(shí)，只是通過(guò)提高Cr、 Ni含量的方法達(dá)到改善不銹鋼的高溫使用性能的 目的，而沒有考慮N、稀土元素對(duì)最終使用性能的影響。由于Ni是貴重金 屬，價(jià)格高，因此現(xiàn)有的耐熱不銹鋼如普通的0Cr25Ni20冶煉成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的宗旨是為了克服現(xiàn)有耐熱不銹鋼及冶煉方法的上述不足，提 供一種成本低的耐熱不銹鋼及冶煉方法。
本發(fā)明鋼種的原理是通過(guò)稀土 Ce和N元素的合金化的耐熱奧氏體不銹 鋼，由于鋼中稀土Ce和Si的共同作用，保證了該材料在1150。C仍具有良 好的抗氧化性能；而N、 C以及稀土Ce等元素的存在，使得其具有與鎳基 合金相當(dāng)?shù)某志脧?qiáng)度，而且N對(duì)脆性的。相析出有延緩作用，提高了材料 在高溫條件下的組織穩(wěn)定性。
本發(fā)明的技術(shù)方案是控制不銹鋼中N與稀土 Ce的含量，并且降低了不 銹鋼中0與S的含量，從而保證了合金具有優(yōu)良的耐熱性及優(yōu)良的塑性， 具有比0Cr25Ni20更好的高溫使用性能，同時(shí)明顯降低Ni的含量，有效地 節(jié)約了資源，降低了制造成本。
本發(fā)明提供的耐熱不銹鋼的化學(xué)成分(重量)為 C0.05% 0.10% Si 1.40% 2.00% Ce 0.03% 0.08%
Cr 20.0% 22.0% M 10.0% 12.0%N 0.14% 0.20%
Mn 0.4% 0.80% P^O.040% S^0.030%，其余為Fe與不可避免的雜 質(zhì)。
本耐熱不銹鋼的冶煉方法包括下述依次的歩驟
(一) 兌鋼
把電爐熔化的含碳量為1.2% 2. 5%、溫度為140(TC 150(TC的不銹 鋼母液倒入AOD爐內(nèi)。
(二) 脫碳
頂吹氧氣進(jìn)行脫碳，為加快反應(yīng)，AOD吹氮?dú)膺M(jìn)行攪拌。脫碳過(guò)程中加 入石灰100Kg/t鋼 120Kg/t鋼，及白云石30Kg/t鋼 40Kg/t鋼，比較所 兌鋼水鉻含量與規(guī)定鉻含量(20.0% 22.0%)，當(dāng)鉻含量小于20.0%時(shí)，加 入高碳鉻鐵；當(dāng)鉻含量大于22.0%，鋼水還原后加入碳鋼進(jìn)行稀釋。
根據(jù)兌鋼時(shí)鋼水碳含量及煉鋼行業(yè)通用的計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，確定吹氧 量，根據(jù)計(jì)算機(jī)在線對(duì)碳含量的模擬計(jì)算，當(dāng)碳含量為0. 15% 0. 2%時(shí)，測(cè) 量鋼水溫度，取樣分析，對(duì)碳含量進(jìn)行確認(rèn)。
也可根據(jù)以前的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，兌鋼水吹煉20分鐘 30分鐘后，測(cè)量鋼水 溫度，取樣分析碳含量， 一般控制碳含量為O. 15% 0.2%時(shí)。
根據(jù)取樣分析的結(jié)果及計(jì)算機(jī)在線連續(xù)模擬計(jì)算，調(diào)整氧化后期的吹 氧量，進(jìn)行吹氧脫碳；當(dāng)模擬計(jì)算的碳含量為0.05% 0. 10%時(shí)，取樣分析 實(shí)際的碳含量。碳含量達(dá)到要求后，進(jìn)行下一步操作。
也可根據(jù)以前的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，在氧化后期25分鐘 40分鐘，測(cè)量鋼水溫 度，取樣分析碳含量， 一般控制碳含量為0.05% 0.10%，然后進(jìn)行下一步 操作。
(三) 還原
AOD爐內(nèi)加入硅鐵40Kg/t鋼 50Kg/t鋼，石灰20Kg/t鋼 25Kg/t 鋼、螢石10Kg/t鋼 15Kg/t鋼，對(duì)鋼水進(jìn)行還原和脫硫，此時(shí)繼續(xù)側(cè)吹氮 氣；
(四) 扒渣、調(diào)渣、調(diào)整鋼水成分
還原后進(jìn)行扒渣，并加入鋁粉0.4Kg/t鋼 0.6Kg/t鋼，調(diào)整爐渣，測(cè) 量鋼水溫度，并取樣分析鋼水中合金元素的含量，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)加 入硅鐵、錳鐵、鉻鐵及金屬鎳來(lái)調(diào)整鋼水的Si、 Mn、 Cr、 Ni成分，達(dá)到規(guī)
定要求。
調(diào)整鋼水成分后，從AOD爐的部吹入氬氣，吹氬的作用是去除鋼中多
余的氮，并使鋼中保留所需要的氮含量，吹氬量為1.2m7t鋼 1.6m7t鋼。 吹氬完成后取樣分析，鋼水的成分(重量)達(dá)到下述要求時(shí)立即出鋼 C0.05% 0.10% Si 1.40% 2.00% Cr 20.0% 22.0%
Ni 10.0% 12.0% N0.14% 0.20% Mn 0.40% 0.80%
PSO.040% SSO.030% ，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。
(五) 出鋼
出鋼時(shí)，把鋼水從AOD爐倒入烘烤好的鋼包，出鋼量達(dá)到總鋼水量1/3 時(shí)， 一次性向鋼包內(nèi)加入硼鐵0.4Kg/t 0. 5Kg/t，加入鋁餅0.4Kg/t 0.5Kg/t。出鋼后測(cè)量鋼水的溫度和渣層厚度，鋼水的溫度控制為1570°C 1600°C，鋼包內(nèi)渣層的厚度控制為180腿 300腿。
(六) 喂線
根據(jù)鋼水重量喂入鈰(Ce)線，喂入量為鋼水量的0. 6% 0. 7%。
(七) 調(diào)整鋼水溫度并進(jìn)行夾雜物控制 為了進(jìn)行夾雜物控制，喂線后，鋼包低吹氬50 120L/min強(qiáng)攪拌，根
據(jù)鋼水溫度控制強(qiáng)攪拌時(shí)間不小于8min，強(qiáng)攪拌后，對(duì)鋼水進(jìn)行弱攪拌， 氬氣量小于35L/min，攪拌時(shí)間大于5min。鋼水溫度達(dá)到1525°C 1535°C 時(shí)，鋼包吊往連鑄工序。
(八) 連鑄
鋼水到達(dá)連鑄平臺(tái)在鋼包取成品樣，成分(重量)達(dá)下述要求時(shí)，進(jìn) 行連鑄
C0.05% 0.10% Si 1.40% 2.00% Ce 0.03% 0.08%
Cr 20.0% 22.0% Ni 10.0% 12.0%N 0.14% 0.20%
Mn^O.80%P^O.040% S^O.030%,其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。
連鑄中間鋼包中鋼水溫度一般控制為1470°C 1490°C，鑄坯規(guī)格為
180mmX 1238mm，拉速為0. 75m/min;結(jié)晶器冷卻水量如下窄面冷卻水為
300L/min，寬面冷卻水為2300L/min; 二次冷卻水量為0. 85Kg/L。
為了保證鑄坯的質(zhì)量，連鑄最后10分鐘需要緩慢降低拉速，中包鋼水
澆注完畢后，連鑄進(jìn)行封頂操作。
由于稀土元素鈰的熔點(diǎn)低，本發(fā)明的耐熱不銹鋼中的稀土鈰含量較高，
而不銹鋼的熔點(diǎn)與碳鋼相比偏低，鋼液的流動(dòng)性差，本發(fā)明解決了連鑄過(guò)程中水口結(jié)瘤、稀土成分穩(wěn)定的收得率、高氮不銹鋼的氮?dú)夂辖鸹碾y點(diǎn)。 本發(fā)明對(duì)鋼水進(jìn)行吹氮進(jìn)行氮?dú)夂辖鸹靠刂茰?zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單 有效。由于氮是強(qiáng)烈形成奧氏體的元素，增加鋼中氮含量，可以節(jié)省價(jià)格
昂貴的鎳金屬或鎳合金，與0Cr25Ni20不銹鋼相比，降低了 50%的鎳，降低 了制造成本。通過(guò)對(duì)鋼水脫氧、脫硫，使鋼中全氧含量小于30ppm，硫含量 小于30ppm，氮含量為1400 ppm 2000 ppm;通過(guò)喂鈰(Ce)線使鋼中Ce 的含量達(dá)到0. 03% 0. 08%，解決了稀土元素定量加入的問(wèn)題；通過(guò)吹氬攪 拌，有效的控制了夾雜物尺寸，鑄坯夾雜物尺寸均小于25um。本發(fā)明能準(zhǔn) 確控制鋼水成分，并且使中板耐熱性及塑性優(yōu)于0Cr25Ni20不銹鋼，具有 比0Cr25M20不銹鋼更好的高溫使用性能。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本耐熱不銹鋼及冶煉方法的具體實(shí)施方式
，但 本耐熱不銹鋼及冶煉方法的具體實(shí)施方式
不局限于下述的實(shí)施例。 不銹鋼實(shí)施例
本耐熱不銹鋼實(shí)施例的成分(重量)如下
C 0.082% Si 1.75% Cr 20.69% Ni 10.65%
N 0.155% Mn 0.67% P 0.024% S 0.001%
Ce 0.048% ， 其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。 冶煉方法實(shí)施例
本實(shí)施例冶煉的是上述實(shí)施例的耐熱不銹鋼，本實(shí)施例采用AOD爐， 該爐的容積為45噸，處理前鋼水的重量為43. 4噸，鋼水的溫度為1450°C， 鋼水的成分(重量)如下
C2.18% Si 0.22% Cr 20.50% Ni 7.34%
Mn 0.57%P 0.025% S 0.033%
其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。
本耐熱不銹鋼的冶煉方法的實(shí)施例為下述步驟
8:10把電爐熔化的鋼水43. 4噸兌入AOD爐，鋼水溫度1450°C，開始 頂吹氧氣，并且側(cè)吹氮?dú)?，進(jìn)行脫碳，在吹氧過(guò)程中加入高碳鉻鐵2100kg、 石灰5000kg及白云石1400kg;
8:33根據(jù)計(jì)算機(jī)在線模擬計(jì)算，當(dāng)碳含量為0. 15% 0. 2%時(shí)停止頂吹
氧，繼續(xù)側(cè)吹氧氣與氮?dú)猓?br> 9:00測(cè)量鋼水的溫度為1707°C，取樣分析鋼水中碳的含量為0. 13%， 碳含量偏高，繼續(xù)側(cè)吹氧氮；
9:13根據(jù)計(jì)算機(jī)在線模型分析，當(dāng)碳含量為0.05% 0. 10%時(shí)，取樣 分析。取樣分析鋼水中碳的含量為0. 07%，鋼水中的含碳量降低到要求，停 止吹氧，繼續(xù)側(cè)吹氮?dú)猓?br> 9:17加入硅鐵2000kg、石灰1000kg與螢石600kg進(jìn)行還原，繼續(xù)吹
9:26測(cè)量鋼水的溫度為1678°C，取樣分析鋼水成分(重量)達(dá)下述要
求
C 0.064% Si 1.00% Cr 20.96% Ni 10.20% N 0.2900% Mn 0.52% P 0.026% S 0.0037% ，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。
加入鋁粉20kg調(diào)渣，隨后進(jìn)行扒渣；
9:32取樣分析鋼水成分，鋼水的成分(重量)如下
C 0.064% Si 0.98% Cr 20.92% Ni 10.23% N 0.2929% Mn 0.54% P 0.026% S 0.0037% ，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。
其中硅、鎳成分偏低，加入硅鐵350kg，鎳豆197kg;
9:40測(cè)量鋼水的溫度為1620°C，吹氮?dú)飧臑榇禋鍤猓禋?01113后，出 鋼；出到鋼包中的鋼水為總綱水量的1/3時(shí)， 一次性向鋼包中加入20Kg硼 鐵，20Kg鋁餅。
9:45測(cè)量鋼水的溫度為1590°C，測(cè)渣厚度為250mm，取樣對(duì)鋼水成分
進(jìn)行確認(rèn)，成分達(dá)到控制要求后，鋼水到達(dá)吹氬站進(jìn)行精煉操作。
9:50吹氬站測(cè)量鋼水的溫度為1580°C，根據(jù)鋼水的重量為45. 4噸， 喂入含鈰50%的稀土線900m，喂線后鋼包吹氬氣強(qiáng)攪拌15分鐘，氬氣流量 為80L/min，測(cè)量鋼水的溫度為1535。C 1540。C時(shí)，控制氬氣流量20L/mi 25L/min攪拌5分鐘，當(dāng)測(cè)量鋼水的溫度為1525。C 1530。C時(shí)，鋼包吊到 連鑄平臺(tái)，準(zhǔn)備澆注；
9:58鋼包到達(dá)連鑄平臺(tái)，取鋼水樣分析，鋼水的成分(重量)如下 C 0.082% Sil.75% Cr 20.69% Ni 10.65% N 0.1550% Mn 0.67% P 0.024% S 0.0010%， Ce 0.048% ，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。
10:03連鑄大包開澆，中間包鋼水達(dá)到14噸時(shí)中間包開澆，中間包 開始澆注后50秒鐘結(jié)晶器內(nèi)加入50kg起注渣，鑄坯規(guī)格為180X1238 mm， 窄面冷卻水為300L/min，寬面冷卻水為2300L/min; 二次冷卻水量為 0. 85Kg/L。
中包溫度為1470°C，拉速為0. 75m/min; 10:33為了保證鑄坯的質(zhì)量，拉速?gòu)?. 75m/min降低至lj 0. 4m/min， 10 分鐘后中包澆注完畢，連鑄進(jìn)行封頂操作。
外文注解
AOD爐:氬氧混合脫碳精煉爐，其結(jié)構(gòu)與冶煉方法參見冶金工業(yè)出版社2001 年l月出版的《電弧爐煉鋼工藝與設(shè)備》438頁(yè)。
權(quán)利要求
1、一種耐熱不銹鋼，其化學(xué)成分(重量)為C 0.05％～0.10％Si 1.40％～2.00％Ce 0.03％～0.08％Cr 20.0％～22.0％Ni 10.0％～12.0％N 0.14％～0.20％Mn 0.40％～0.80％P≤0.040％S≤0.030％，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。
2、 權(quán)利要求1所述的耐熱不銹鋼的冶煉方法，它包括下述依次的步驟:(一) 兌鋼把電爐熔化的含碳量為1. 2% 2. 5%、溫度為140(TC 150(TC的不銹鋼 母液倒入AOD爐內(nèi)；(二) 脫碳頂吹氧氣進(jìn)行脫碳，AOD吹氮?dú)膺M(jìn)行攪拌，脫碳過(guò)程中加入石灰100Kg/t 鋼 120Kg/t鋼，及白云石30Kg/t鋼 40Kg/t鋼，比較所兌鋼水鉻含量與 規(guī)定鉻含量，當(dāng)鉻含量小于20.0%時(shí)，加入高碳鉻鐵；當(dāng)鉻含量大于22.0%，鋼水還原后加入碳鋼進(jìn)行稀釋；根據(jù)兌鋼時(shí)鋼水碳含量及煉鋼行業(yè)通用的計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，確定吹氧量，根據(jù)計(jì)算機(jī)在線對(duì)碳含量的模擬計(jì)算，當(dāng)碳含量為O. 15% 0.2%時(shí)，測(cè) 量鋼水溫度，取樣分析，對(duì)碳含量進(jìn)行確認(rèn)；根據(jù)取樣分析的結(jié)果及計(jì)算機(jī)在線連續(xù)模擬計(jì)算，調(diào)整氧化后期的吹氧量，進(jìn)行吹氧脫碳；當(dāng)模擬計(jì)算的碳含量為0.05% 0. 10%時(shí)，取樣分析 實(shí)際的碳含量，碳含量達(dá)到要求后，進(jìn)行下一步操作；(三) 還原AOD爐內(nèi)加入硅鐵40Kg/t鋼 50Kg/t鋼，石灰20Kg/t鋼 25Kg/t鋼、 螢石10Kg/t鋼 15Kg/t對(duì)鋼水進(jìn)行還原和脫硫，此時(shí)繼續(xù)側(cè)吹氮?dú)猓?四) 扒渣、調(diào)渣、調(diào)整鋼水成分還原后進(jìn)行扒渣，并加入鋁粉0.4Kg/t鋼 0.6Kg/t鋼，調(diào)整爐渣，測(cè) 量鋼水溫度，并取樣分析鋼水中合金元素的含量，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)加 入硅鐵、錳鐵、鉻鐵及金屬鎳來(lái)調(diào)整鋼水的Si、 Mn、 Cr、 Ni成分，達(dá)到規(guī) 定要求；調(diào)整鋼水成分后，A0D爐側(cè)吹氬氣，吹氬量為1.2mVt鋼 1.6m7t鋼， 吹氬完成后取樣分析，鋼水的成分(重量)達(dá)到下述要求時(shí)立即出鋼 C0.05% 0.10% Si 1.40% 2.00% Cr 20.0% 22.0%Ni 10.0% 12.0% N 0.14% 0.20% Mn 0.40% 0.80%P^O.040% S^O.030% ，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)；(五) 出鋼出鋼時(shí)，把鋼水從AOD爐倒入烘烤好的鋼包，出鋼量達(dá)到總鋼水量1/3 時(shí)， 一次性向鋼包內(nèi)加入硼鐵0.4Kg/t 0. 5Kg/t，加入鋁餅0.4Kg/t 0.5Kg/t;出鋼后測(cè)量鋼水的溫度和渣層厚度，鋼水的溫度控制為1570°C 1600°C，鋼包內(nèi)渣層的厚度控制為180mm 300mm;(六) 喂線根據(jù)鋼水重量喂入鈰(Ce)線，喂入量為鋼水量的0.6% 0.7%;(七) 調(diào)整鋼水溫度并進(jìn)行夾雜物控制 為了進(jìn)行夾雜物控制，喂線后，鋼包低吹氬50 120L/min強(qiáng)攪拌，根據(jù)鋼水溫度控制強(qiáng)攪拌時(shí)間不小于8min，強(qiáng)攪拌后，對(duì)鋼水進(jìn)行弱攪拌， 氬氣量小于35L/min，攪拌時(shí)間大于5min，鋼水溫度達(dá)到1525°C 1535°C 時(shí)，鋼包吊往連鑄工序；(八) 連鑄鋼水到達(dá)連鑄平臺(tái)在鋼包取成品樣，成分(重量)達(dá)下述要求時(shí)，進(jìn) 行連鑄C 0.05% 0.10% Si 1.40% 2.00% Ce 0.03% 0.08%Cr 20.0% 22.0%Ni 10.0% 12.0%N 0.14% 0.20% Mr^O.80%P^O.040%S￡0.030%，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)連鑄中 間鋼包中鋼水溫度為1470°C 1490°C。
全文摘要
一種耐熱不銹鋼及冶煉方法，耐熱不銹鋼的化學(xué)成分(重量)為C0.05％～0.10％，Si1.40％～2.00％，Ce0.03％～0.08％，Cr20.0％～22.0％，Ni10.0％～12.0％，N0.14％～0.20％，Mn0.4％～0.80％，P≤0.040％，S≤0.030％。耐熱不銹鋼的冶煉方法它包括下述步驟(一)兌鋼把含碳量為1.2％～2.5％的不銹鋼母液倒入AOD爐內(nèi)；(二)脫碳脫到碳含量為0.05％～0.10％；(三)還原對(duì)鋼水進(jìn)行還原和脫硫；(四)扒渣、調(diào)渣、調(diào)整鋼水成分，鋼水的成分達(dá)到時(shí)要求時(shí)出鋼(五)出鋼在出鋼過(guò)程中加入硼鐵與鋁餅；(六)喂線喂入鈰(Ce)線；(七)調(diào)整鋼水溫度并進(jìn)行夾雜物控制；(八)連鑄。耐熱不銹鋼及冶煉方法成本低，高溫使用性能好。
文檔編號(hào)C21C7/068GK101100725SQ20071006250
公開日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2007年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月1日
發(fā)明者劉明生, 嵬 尹, 李國(guó)平, 王培智, 范新智 申請(qǐng)人:山西太鋼不銹鋼股份有限公司