2005AOD精煉高氮奧氏體不銹鋼1Cr22Mn15N的工藝實(shí)踐

1、aod精煉高氮奧氏體不銹鋼1cr22mn15 n的工藝實(shí)踐高亦斌 陳根保 金衛(wèi)強(qiáng)(湖州久立特鋼有限公司,湖州313005)摘 要 用20 t aod精煉成分( %)為1184c ,2118mn ,24188cr的粗煉鋼水,經(jīng)吹o2、n2,加電解錳 、 硅鐵 、鋁塊以及ncr合金成分微調(diào),冶煉出( %)0112c ,0142si ,14196mn ,01026p ,01001s,22157cr ,0156n的高氮奧氏體不銹鋼1cr22mn15n。精煉鋼水澆鑄成590 kg錠,初軋軋成135 mm157 mm坯,再經(jīng)連軋成 812 mm的棒材 。成品材固溶處理后的屈服強(qiáng)度為565585 mpa ,

2、抗拉強(qiáng)度920955 mpa ,延伸率為5415 %5615 % ,具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。關(guān)鍵詞 aod精煉 高氮奧氏體不銹鋼1cr22mn15nprocess practice of aod refining forhigh nitrogen austenitestainless steel 1cr22mn15 ng ao yibin , chen g enbaoandjin weiqiang( huzhoujiuli special steel co ltd , huzhou 313005)abstractthe high nitrogen austenite stainless stee

3、l 1cr22mn15n20112c , 0142si ,14196mn ,01026p , 01001s ,22157cr ,0156n has beenproduced using primary metal-1184c , 2118mn , 24188cr by 20 t aod refining-blowingo2, n2, adding electrolytic manganese, silicon iron and aluminium pig and adding ncr alloy to micro2adjusting compositionof steel. the 590 k

4、g ingot cast by refining steel and bloomed to 135 mm157 mm billet then continuously rolled to 812mm round bars. the yield strengthof finished product s olid2s olution2treated was 565585 mpa , tensile strength 920955 mpa , elongation 5415 %5615 % and had excellent corrosion resistance.materialindexao

5、d , refining , high nitrogen austenite steel , 1cr22mn15n目前高氮鋼通常采用加壓電渣重熔、 加壓感應(yīng)熔煉 、 真空感應(yīng)熔煉、 粉末冶金等方法,氮合金化一般在冶煉過(guò)程中加入氮化合金(如氮化鉻 、 氮化錳 ) 來(lái)實(shí)現(xiàn)1 。湖州久立特鋼有限公司進(jìn)行了20 t aod 冶煉高氮不銹鋼(1cr22mn15n )的研究和生產(chǎn)實(shí)踐,并成功地生產(chǎn)出8 12 mm 熱軋圓鋼 ,用于海洋建筑物的混凝土中。1cr22mn15n熱軋圓鋼制造工藝:20 t 電弧爐初煉 20 t aod 精煉 模鑄 (590 kg 錠) 鋼錠修磨 初軋 (初軋坯135 mm 157

6、 mm) 連軋軋制(成品 812 mm) 固溶 、 酸洗 。1 化學(xué)成分及冶煉工藝1cr22mn15n是一種高鉻 、 高錳 、 高氮 、 無(wú)鎳鉻錳氮奧氏體不銹鋼,在室溫下的組織為純奧氏體組織 ,其化學(xué)成分列于表1。表11cr22mn15n高氮鋼化學(xué)成分 %table 1chemical compositions of high nitrogenstainless steel 1cr22mn15n%項(xiàng)目csimnpscrnin標(biāo)準(zhǔn)值0. 090.150.514. 016.00. 060. 0320.523. 00. 50. 500.75實(shí)際值(1)0. 1250. 4214. 960. 0260

7、. 00122. 570. 300. 56注: (1)實(shí)際值為試驗(yàn)爐號(hào)(j03122107)的分析值,此外氣體含量o、 h分別為3510- 6、4. 310- 61cr22mn15n高氮不銹鋼aod 精煉工藝( 表2) 與常規(guī)奧氏體不銹鋼(如 0cr18ni9) 冶煉工藝有所區(qū)別 :(1) 冶煉的預(yù)還原期需加入一定數(shù)量的電解錳或金屬錳并吹入一定量的氮?dú)?進(jìn)行錳和氮的合金化; (2) 為補(bǔ)償錳和氮合金化所造成的鋼液溫降,預(yù)還原期需加入一定量的硅鐵、 并吹入一定量的氧氣;(3) 冶煉的脫碳氧化期吹煉氣體為氧氣和氮?dú)狻?預(yù)還原和還原期的吹煉氣體為氮?15?第26卷第2期 特殊鋼 vol. 26. n

8、o. 22005年3月 special stee lmarch2005表21cr22mn15n高氮不銹鋼aod精煉工藝table 2aod refiningprocess forhigh nitrogenstainlesssteel 1cr22mn15n冶煉溫度成分%cmncrn兌19. 1 t粗煉鋼水-1. 842. 1824. 88-出渣測(cè)溫1 551-加石灰吹o2550 m3,n2440 m3,測(cè)溫1 7320. 091. 7521. 200. 08加電解錳3 025 kg ,硅鐵890 kg ,鋁塊40 kg ,吹n2186 m3, o2190m31 7690. 1015. 0822.

9、 300. 42出渣 加石 灰350 kg ,螢石120 kg ,鋁20 kg ,fes i 60 kg;成分微調(diào),加ncr 300 kg,吹n2134 m3,出鋼水2212 t1 5700. 1214. 9622. 570. 56氣;(4) 還原前期需繼續(xù)吹入一定量的氮?dú)膺M(jìn)行鋼液增氮 ,還原后期再加入適量的氮化鉻或氮化錳對(duì)鋼中的氮含量進(jìn)行微調(diào)。2 錳合金化工藝由于經(jīng)退火處理后的電解錳仍有較高的含氫量 (金屬錳價(jià)格高于電解錳) ,在預(yù)還原期加入可利用預(yù)還原期的吹氮(增氮 ) 來(lái)大大降低鋼中的含氫量 ,因此電解錳加入的最佳時(shí)機(jī)是鋼液含碳量以及溫度達(dá)到氧化末期工藝要求( c:0108 %0110

10、%、 溫度 1 720 1 740 )后的預(yù)還原期;在預(yù)還原期加入電解錳3 025 kg,預(yù)還原期結(jié)束后,取樣分析鋼液錳為15108% ,所加入電解錳回收率達(dá)到 9715 %以上 ,當(dāng)然為提高電解錳的回收率,在 aod 精煉的氧化期需加入足夠的冶金石灰,確保氧化渣堿度(r) 118 是必要的 。由于 aod 精煉 1cr22mn15n高氮鋼的預(yù)還原期不僅需要加入大量的合金化電解錳和還原用硅鐵 ,而且還需吹入一定量的氮?dú)膺M(jìn)行鋼液增氮,這將造成鋼液溫度的下降,因此在預(yù)還原期需加入一定的升溫硅鐵、 并吹入一定量的升溫用氧氣。3 氮?dú)庠龅に嚨诓讳P鋼鋼液中的溶解度除與鋼液溫度有關(guān)外 ,還與鋼液的化學(xué)

11、成分有很大的關(guān)系2 。由于氮與大部分合金元素都可形成氮化物(以吸熱反應(yīng)為主 ) ,所以隨著鋼液溫度的降低,氮的溶解度升高 ;cr、 mn、 mo、 v、 nb 等元素增加氮的溶解度 ,ni、 cu、 si、 c 等元素則降低氮的溶解度3 。鋼液中氮含量的變化,除了熱力學(xué)條件外,還將受到動(dòng)力學(xué)條件的影響,實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,鋼液脫氮和吸氮兩個(gè)過(guò)程同時(shí)存在4 。生產(chǎn)實(shí)踐表明,aod 氧化脫碳末期鋼液中氮的實(shí)際含量遠(yuǎn)低于理論溶解度,如 1cr22mn15n在 aod 氧化脫碳末期溫度為1 7401 720 ,其主要成分為c:0109 %、 mn :1175 %、 cr:2112 % ,則鋼液的理論氮溶解

12、度參考值為0132 %0133 % ,而實(shí)際值僅為01080%左右 (氮?dú)饣厥章蕛H為1176 %) ;在 aod 精煉的預(yù)還原期,由于電解錳的加入 ,渣中氧化鉻、 氧化錳的還原,使得鋼液中mn 、 cr含量提高,最重要的是鋼液中的表面活性元素氧含量經(jīng)還原后大大減少,如在此時(shí)吹入氮?dú)鈩t鋼液的吸氮能力遠(yuǎn)大于脫氮能力,鋼中的含氮量將迅速上升。預(yù)還原期共吹煉17 min、 吹入冶煉氮?dú)?86m3后 ,分析鋼液中氮為01421% ,氮?dú)馄骄厥章始s為 33126 %;還原前期吹入冶煉氮?dú)?34 m3,分析 鋼 液 中 氮 為01505%、氮 氣 回 收 率 約 為10193 % ,aod 冶煉過(guò)程中所吹

13、入氮?dú)獾幕厥章室?jiàn)表 3。表3aod精煉過(guò)程中氮?dú)獾幕厥章蕋able 3yield of nitrogenduringaod refiningprocess冶煉過(guò)程吹煉時(shí)間min氮?dú)獯等肓縨3n%吹氮?dú)馇?吹氮?dú)夂蟮獨(dú)饣厥章?(1)氧化期504400.0230. 0801. 76預(yù)還原期前期6650.0800. 25149. 57中期6650.2510. 36931. 66后期5560.3690. 42116. 19還原前期141340.4210. 50510. 93注:( 1)氮?dú)饣厥章视?jì)算時(shí)已考慮各時(shí)期鋼水量的變化。在還原后期補(bǔ)加一定 量 的 氮 化 鉻 (n % =5122 %) 并繼續(xù)氮

14、氣吹煉4 min 后 ,分析鋼液中n為01565%、 氮化鉻的氮回收率約為8415 %。4 冶煉溫度控制理論上將 3 000 kg 左右 (表面溫度為80 )的電解錳加入到約19 t 的鋼液中,鋼液溫降約為260 5 ;在預(yù)還原期預(yù)計(jì)需吹入增氮用氮?dú)?80200 m3,鋼液溫降為3550 ,因此鋼液進(jìn)行錳合金化 、 氮?dú)庠龅斐傻臏亟导s為300 ,按鋼液中每1 %的 si氧化升溫340 ,熱效率取?25?特殊鋼第 26卷80%6 ,經(jīng)計(jì)算需加入升溫用硅鐵300 330 kg(72 %si) 、 吹入升溫用氧氣約190 m3。在預(yù)還原前鋼液溫度為1 732 ,在預(yù)還原期加入電解錳3 025 k

15、g、 硅鐵 890 kg(其中還原用硅鐵560 kg、 升溫用硅鐵 330 kg) 、 吹入增氮用氮?dú)?86 m3、 升溫用氧氣 190 m3,預(yù)還原后鋼液溫度為1 769 ;還原期加入造渣用石灰350 kg、 螢石 120 kg ,吹入增氮用氮?dú)?134 m3以及成分調(diào)整用高碳錳鐵85 kg、氮化鉻 300 kg、 硅鐵 60 kg 后 ,aod 出鋼前鋼液溫度為 1 605 。5 澆鑄工藝為防止在澆鑄過(guò)程中出現(xiàn)氮?dú)馕龀龊弯撘憾窝趸?,提高鋼錠質(zhì)量,1cr22mn15n鋼采用低過(guò)熱度 、 快速澆鑄 、 充分補(bǔ)鑄 、 固渣保護(hù)澆鑄工藝,選用錠重 590 kg 的錠模 、 澆鑄過(guò)熱度4060

16、、 bn245固體保護(hù)渣、 保護(hù)罩 、 錠身澆鑄時(shí)間90100 s、錠帽澆鑄 (含補(bǔ)鑄 ) 時(shí)間 110 140 s的工藝澆鑄,能夠得到表面光潔、 帽口頭部收縮良好的鋼錠。6 1cr22mn15 n 鋼的質(zhì)量6. 1 力學(xué)性能1cr22mn15n熱軋圓鋼 (812 mm) 的抗拉強(qiáng)度 、 屈服強(qiáng)度均可達(dá)到等級(jí)為 級(jí)的40si2mnv高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的標(biāo)準(zhǔn)值,分別比常規(guī)奧氏體不銹鋼(如 1cr18ni9) 的標(biāo)準(zhǔn)值提高50 %和 100%左右(表 4) 。表41cr22mn15n鋼和40si2mnv鋼力學(xué)性能比較table 4comparison of mechanical properties b

17、etween steel1cr22mn15nand steel 40si2mnv鋼種公稱直徑mm屈服強(qiáng)度mpa抗拉強(qiáng)度mpa延伸率%1cr22mn15n(實(shí)際值)(1)11. 156558592095554.556.540s i2mnv(標(biāo)準(zhǔn)值)102554083510注:(1)試樣經(jīng)1 0001 150,60 min水冷固溶處理后,在室溫下的實(shí)測(cè)值(6個(gè)試樣)。6. 2 非金屬夾雜物及氣體含量按照 g b10561289 標(biāo)準(zhǔn)對(duì) 1cr22mn15n鋼初軋坯 (135 mm157 mm) 進(jìn)行非金屬夾雜物的檢驗(yàn),選用 jk 標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖,評(píng)定非金屬夾雜物的級(jí)別為 :a 類 015 級(jí) ;b 類

18、 115 級(jí) ;c 類 015 級(jí) ;d 類 015級(jí) ;采用紅外熱導(dǎo)法(nacis2h99007) 等方法分析初軋坯中的 o 為 35 10- 6、 h 為 413 10- 6。6. 3 耐腐蝕性能取11 mm 的熱軋圓鋼作為試樣,經(jīng) 1 150、 60 min 水冷固溶處理。電化學(xué)點(diǎn)蝕電位測(cè)量:按照g b433419284 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 ,試驗(yàn)溶液為315 %nacl、 試驗(yàn)溫度為30 1,測(cè)量結(jié)果:eh100= 304 mv。晶間腐蝕試驗(yàn):按照 g b t43341522000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 ,在沸騰硫酸 2硫酸銅溶液中浸泡16 h 后冷彎180 ,試驗(yàn)結(jié)果表明無(wú)晶間腐蝕傾向。鹽霧試驗(yàn):按照g b10125 288 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,試驗(yàn)溶液為 315 %nacl、 ph 值為 615712 ,鹽霧箱溫度為 352 、 試驗(yàn)時(shí)間為240 h(10 天 ) ,得出平均腐蝕率為 0. 001 0 g m2?h。7 結(jié)論(1) 1cr22mn15n熱軋圓鋼所采用的冶煉和加工工藝可行,產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量完全達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求 。利用廉價(jià)的冶煉氣體氮?dú)馓娲?或部