一種馬氏體不銹鋼及冶煉工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種馬氏體不銹鋼及冶煉工藝，其成分質量比為：碳C：0.08～0.15、硅Si:0.30～0.55、錳Mn:0.40～1.00、鉻Cr:11.50～13.50、磷P≤0.030、硫S≤0.010、氮N：0.020～0.030，余量為鐵和殘余元素；采用鐵水三脫工藝+不銹鋼氬氧精煉爐+LF冶煉工序。該工藝，由于通過增加氮元素含量代替Ni、Mo等貴重元素，不僅滿足同類鋼種的耐腐蝕性能和力學性能，同時降低生產成本，提高經濟效益；由于鐵水進行脫磷后直接進入不銹鋼精煉爐進行冶煉，所以降低了不銹鋼精煉過程中控磷的要求，從而降低了冶煉成本，提高了鋼水純凈度。
【專利說明】
一種馬氏體不銹鋼及冶煉工藝
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種馬氏體不銹鋼410B(12Crl3)及其冶煉工藝的改進，具體地說是滿足中國國家不銹鋼標準的12Cr 13要求和美國標準的410材料要求的一種馬氏體不銹鋼及冶煉工藝。
【背景技術】
[0002]中國國家標準中對12Cr13材料的化學成分范圍(質量百分比％)為:碳C < 0.08?0.15 JiSi < 1.00 JiMn < 1.00、鉻 Cr 11.50?13.50、鎳 Ni < 0.60、磷P < 0.040、硫S <0.030，余量為鐵和殘余元素。
[0003]美國材料標準中410材料的化學成分范圍(質量百分比％)為:碳C < 0.08?0.15、硅Si <1.00、錳Mn < 1.00、鉻Cr 11.50?13.50、磷P < 0.040、硫S < 0.030，余量為鐵和殘余元素。
[0004]12Cr 13經淬火回火后具有較高的強度、韌性，良好的耐蝕性和機加工性能，主要用于要求較高韌性、一定的不銹性并承受沖擊載荷的零部件，如刃具、葉片、緊固件、水壓機閥、熱裂解抗硫腐蝕設備等，也可制作在常溫條件耐弱腐蝕介質的設備和部件。目前，冶煉該鋼種普遍采用電爐+A0D+LF/V0D模式，如專利ZL104087854A公開的一種馬氏體不銹鋼鋼材，該方法脫磷難度大，對原料要求較高，尤其是對磷含量要求較高，生產工藝控制嚴格，金屬回收率低，冶煉成本高，而且鋼水純凈度較難保證。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種冶煉成本低，鋼水純凈度高，鋼種性能可滿足汽車剎車片、刃具、葉片等工程領域的一種馬氏體不銹鋼。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供實現(xiàn)上述目的一種馬氏體不銹鋼冶煉工藝。
[0007]為了達到以上目的，本發(fā)明所采用的技術方案是:該一種馬氏體不銹鋼，鋼種的化學成分質量百分比為:碳C:0.08?0.15、硅S1:0.30?0.55、猛Μη:0.40?1.00、鉻Cr:11.50— 13.50,其特征在于:在化學成分中磷P < 0.030、硫S < 0.010、氮N:0.020?0.030，余量為鐵和殘余元素。該配比中適當增加了氮元素含量，代替N1、Mo等貴重元素，不僅滿足同類鋼種的耐腐蝕性能和力學性能，同時降低生產成本，提高經濟效益。
[0008]一種馬氏體不銹鋼冶煉工藝，采用鐵水三脫工藝+不銹鋼氬氧精煉爐+LF冶煉工序，具體包括以下步驟:
(I )、鐵水在脫磷站進行鐵水罐脫磷，得脫磷鐵水;通過采用脫磷鐵水降低對爐料的要求；
(2)、步驟(I)制得的脫磷鐵水直接兌入不銹鋼精煉爐進行脫碳、合金化、還原，待鋼水成分質量比達到預定要求后出鋼至鋼包，得還原鋼水，通過脫磷鐵水直接兌入不銹鋼精煉爐進行冶煉，省去了電爐或中頻爐冶煉工序，降低不銹鋼精煉過程中控磷的要求；
(3)、步驟(2)中制得的還原鋼水進入LF(鋼包精煉爐)工序，送電、微調成分、造白渣，軟吹時間大于10分鐘，鋼水成分滿足成分配比要求和溫度達到預定要求后，S卩:碳C:0.08?0.15、硅S1:0.30?0.55、錳Μη:0.40?1.00、鉻Cr:11.50?13.50、磷P <0.030、硫S <0.010、氮Ν:0.020?0.030、溫度 1550?1580°C，出鋼水;
(4)、步驟(3)中制得的鋼水到達連鑄工序，鎮(zhèn)靜5?15分鐘，即生產出馬氏體不銹鋼。
[0009]本發(fā)明還通過如下措施實施:所述的步驟(I)中，脫磷鐵水在脫磷站進行鐵水罐脫磷，要求鐵水罐凈空高度2 1500mm，鐵水進站溫度不低于1280°C，進站硅含量在0.5%以下；鐵水到站后采用噴吹法脫磷，頂吹氧氣流量10?30Nm3/min，槍位0.70?1.0m，噴粉槍噴吹石灰粉流量20?50 kg/min，槍位距罐底500mm以下，每噸鐵水需氧化鐵皮0.10?0.20kg，開吹20?30分鐘，扒渣取樣，Si <0.15%，進入脫磷期，加入螢石100?200kg，每噸鐵水需氧化鐵皮0.10?0.20kg，處理后的鐵水質量分配比為:C: 3.0?3.6%、S1: < 0.010%,Mn: 0.1 —0.25%、P: <0.015%^S: <0.025%，鐵水溫度大于 1300°C。
[0010]所述的步驟(2)中，脫磷鐵水兌入不銹鋼精煉爐進行脫碳、合金化、還原，所述不銹鋼精煉爐是AOD、GOR或具有相似功能的不銹鋼精煉爐中的一種，采用頂?shù)谆蝽攤葟痛得撎?，全程吹氮，脫碳至C配比為0.18%?0.25%時終止頂槍吹煉，繼續(xù)進行底吹或側吹脫碳，吹煉過程分批次加入石灰和高碳鉻鐵；當鋼水碳含量達到目標后，測溫取樣，鋼水溫度、成分滿足預定要求，之后進入還原期，將氮氣切換為氬氣，按每噸脫磷鐵水加入硅鐵18?25kg/t，螢石2.5?4.0kg/t，終渣堿度大于等于1.8，還原3?5分鐘后加入電解猛，還原5?10分鐘后，測溫取樣，待鋼水質量配比滿足預定要求后出鋼。
[0011 ]所述的步驟(3)中，鋼水到達LF(鋼包精煉爐)工序，進站后吹氬，氬氣流量100?200NL/min，送電化渣后，按每噸鋼水喂純|丐線3?5m，喂線速度2?3m/s，加入石灰6?8kg/t，螢石2?3kg/t，送電提溫化渣，調渣至白色，鋼水全氧含量小于30 X 10—6，氬氣流量控制在200?300 NL/min，鋼水質量配比達到預定要求后，調整氬氣流量為100?200NL/min，軟吹10?20分鐘溫度達到預定要求后出鋼。
[0012]所述步驟(4)為連鑄坯，連鑄全程采用氬氣保護性澆注，過熱度20?35°C，拉速0.90?1.0m/min，使用電磁攪拌，生產出馬氏體不銹鋼鑄坯。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:該一種馬氏體不銹鋼及冶煉工藝，通過增加氮元素含量代替N1、Mo等貴重元素，不僅滿足同類鋼種的耐腐蝕性能和力學性能，同時降低生產成本，提高經濟效益;既可滿足美國材料410化學成分要求，又可滿足中國國家標準的化學成分范圍；由于鐵水進行脫磷后直接進入不銹鋼精煉爐進行冶煉，省去了電爐或中頻爐冶煉工序，所以降低了不銹鋼精煉過程中控磷的要求，從而降低了冶煉成本，提高了鋼水純凈度，滿足了國家標準鋼種性能。經檢測，通過本發(fā)明生產的馬氏體不銹鋼，屈服強度2 205MPa，抗拉強度之450MPa，斷后伸長率之20%，冷彎180°，d=2a?？蓾M足汽車剎車片、刃具、葉片等工程領域。
【具體實施方式】
[0014]實施例1
在公司實施本發(fā)明。該馬氏體不銹鋼，鋼種的化學成分質量百分比包括:C:0.08、S1:0.30、]?11:0.40、0:11.50、？:0.020、3:0.001、氮隊0.020，余量為鐵和殘余元素;通過增加氮元素含量代替N1、Mo等貴重元素，不僅滿足同類鋼種的耐腐蝕性能和力學性能，同時降低生產成本，提高經濟效益。
[0015]該一種馬氏體不銹鋼冶煉工藝，采用鐵水三脫工藝+AOD不銹鋼氬氧精煉爐+LF冶煉工序，具體包括以下步驟:
(1)、60t鐵水在脫磷站進行鐵水罐脫磷，得脫磷鐵水；
(2)、步驟(I)制得的脫磷鐵水兌入AOD不銹鋼精煉爐進行脫碳、合金化、還原，待鋼水成分質量比達到預定要求后出鋼至鋼包，得還原鋼水；
(3)、步驟(2)中制得的還原鋼水進入LF(鋼包精煉爐)工序，送電、微調成分、造白渣，軟吹時間15分鐘，鋼水成分滿足成分配比要求和溫度達到預定要求后，出鋼水；
(4)、步驟(3)中制得的鋼水到達連鑄工序，鎮(zhèn)靜8分鐘開始澆注，即生產出馬氏體不銹鋼。
[0016]所述的步驟(I)中，鐵水在脫磷站進行鐵水罐脫磷，要求鐵水罐凈空高度1800mm，鐵水進站溫度1280 °C，進站硅含量在0.45%;頂吹氧氣流量1NmVmin，槍位0.70m，噴粉槍噴吹石灰粉流量20 kg/min，槍位距罐底300mm，每噸鐵水需氧化鐵皮0.10kg，開吹20分鐘，扒渣取樣，S1:0.009%，進入脫磷期，加入螢石10kg，每噸鐵水需氧化鐵皮0.1Okg,處理后的鐵水質量成配比為:(::3.0%，51:0.010%，]\111:0.1%，？:0.008%，5:0.015%，鐵水溫度1300°(:。
[0017]所述的步驟(2)中，58.St脫磷鐵水兌入不銹鋼精煉爐進行脫碳，頂側復吹不銹鋼精煉爐進行脫碳、合金化、還原;采用頂側復吹脫碳，全程吹氮，脫碳至C含量為0.18%終止頂槍吹煉，繼續(xù)進行側吹脫碳，吹煉過程分批次加入石灰6300kg和高碳鉻鐵16500kg;當鋼水碳含量達到目標后，測溫取樣，鋼水溫度、成分滿足預定要求，之后進入還原期，將側吹氮氣切換為氬氣，加入硅鐵18kg/t，螢石2.5kg/t，終渣堿度1.8，還原3分鐘后加入電解錳30kg，還原5分鐘后，測溫取樣，鋼水成分配比為:(::0.08、3丨:0.31、]\111:0.40、0:11.51、？:0.020、S: 0.001，氮N: 0.020，剩余為鐵和殘余元素，滿足控制要求，出鋼。
[0018]所述的步驟(3)中，鋼水到達LF(鋼包精煉爐)工序，進站后吹氬，氬氣流量100NL/min，送電化渣后，按每噸鋼水喂純|丐線3m，喂線速度2m/s，加入石灰6kg/1，螢石2kg/1，送電提溫化渣，調渣至白色，鋼水全氧含量25 X 10—6，氬氣流量控制在200 NL/min，鋼水成分配比為:(::0.08、51:0.30、]?11:0.40、0:11.50、？:0.020、5:0.001、氮10.020，余量為鐵和殘余元素，調整氬氣流量為100 NL/min，軟吹10分鐘，出鋼溫度1550°C，滿足控制要求，出鋼。
[0019]所述步驟(4)中，鋼水到達連鑄工序，鎮(zhèn)靜5分鐘開始澆注，連鑄全程采用氬氣保護性澆注，過熱度20 0C，拉速1.0m/min，使用電磁攪拌，生產出馬氏體不銹鋼鑄坯。
[0020]經檢測，馬氏體不銹鋼鑄坯的技術指標為:屈服強度21MPa，抗拉強度480MPa，斷后伸長率30%，冷彎180°，d=2a。
[0021]實施例2
在公司實施本發(fā)明。該馬氏體不銹鋼，鋼種的化學成分質量百分比包括:C:0.15、S1:
0.55、]^:1.00、0:13.50、？:0.030、5:0.010、氮10.030，余量為鐵和殘余元素。
[0022]該一種馬氏體不銹鋼冶煉工藝，采用鐵水三脫工藝+GOR不銹鋼氬氧精煉爐+LF冶煉工序，其步驟同實施例1。
[0023]其中，步驟(I)中，65t鐵水在脫磷站進行鐵水罐脫磷，鐵水罐凈空高度1500mm，鐵水進站溫度1360 °C，進站硅含量0.49%。鐵水到站后采用噴吹法脫磷，頂吹氧氣流量30 Nm3/min，槍位1.0m，噴粉槍噴吹石灰粉流量50 kg/min，槍位距罐底495mm，每噸鐵水需氧化鐵皮0.20kg，開吹30分鐘，扒渣取樣，S1: 0.15%，進入脫磷期，加入螢石200kg，每噸鐵水需氧化鐵皮0.201^，處理后的鐵水質量配比為:(::3.6%、51:0.010%、]\111:0.25%、？:0.015%、5:0.025%，鐵水溫度1380 °C。
[0024]步驟(2)中，63.5t脫磷鐵水兌入頂?shù)讖痛礕OR不銹鋼精煉爐進行脫碳、合金化、還原，采用頂?shù)讖痛得撎?，全程吹氮，脫碳?.25%終止頂槍吹煉，繼續(xù)進行底吹脫碳，吹煉過程分批次加入石灰8500kg和高碳鉻鐵18500kg;當鋼水碳含量達到目標后，測溫取樣，鋼水溫度、成分滿足預定要求，之后進入還原期，將底吹氮氣切換為氬氣，按每噸脫磷鐵水加入硅鐵25kg/t，螢石4.0kg/t，終渣堿度2.0，還原5分鐘后加入電解錳75kg，還原10分鐘后，測溫取樣，鋼水質量成分配比為:(::0.15、31:0.55、]\111:1.00、0:13.50、？:0.030、3:0.010、氮N:0.030,余量為鐵和殘余元素，滿足控制要求，出鋼水。
[0025]步驟(3)中，鋼水到達LF(鋼包精煉爐)工序，進站后吹氬，氬氣流量200NL/min，送電化渣后，按每噸鋼水喂純鈣線5m，喂線速度3m/s，加入石灰8kg/t，螢石3kg/t，送電提溫化渣，調渣至白色，鋼水全氧含量30 X 10—6，氬氣流量控制在300 NL/min，鋼水質量成分配比為:(::0.15、51:0.55、]?11:1.00、0:13.50、？:0.030、5:0.010、氮10.030，余量為鐵和殘余元素，調整氬氣流量為200 NL/min，軟吹20分鐘，出鋼溫度1580°C，滿足控制要求，出鋼。
[0026]步驟(4)中，鋼水到達連鑄工序，鎮(zhèn)靜15分鐘開始澆注，連鑄全程采用氬氣保護性澆注，過熱度35°C，拉速0.90m/min，使用電磁攪拌，生產出馬氏體不銹鋼鑄坯。
[0027]經檢測，馬氏體不銹鋼鑄坯的技術指標為:屈服強度208MPa，抗拉強度470MPa，斷后伸長率32%，冷彎175°，d=2a。
[0028]實施例3
該馬氏體不銹鋼，鋼種的化學成分質量百分比包括:(::0.11、31:0.42、111:0.61、0:12.58、P: 0.024、S: 0.004、氮N: 0.024，余量為鐵和殘余元素。
[0029]該一種馬氏體不銹鋼冶煉工藝，采用鐵水三脫工藝+AOD不銹鋼氬氧精煉爐+LF冶煉工序，其步驟同實施例1。
[0030]其中，步驟(I)中，62t鐵水在脫磷站進行鐵水罐脫磷，鐵水罐凈空高度1600mm，鐵水進站溫度1310 °C，進站硅含量0.41 %。鐵水到站后采用噴吹法脫磷，頂吹氧氣流量13Nm3/min，槍位0.80m，噴粉槍噴吹石灰粉流量29 kg/min，槍位距罐底400mm，每噸鐵水需氧化鐵皮0.15kg，開吹26分鐘，扒渣取樣，S1: 0.010%，進入脫磷期，加入螢石190kg，每噸鐵水需氧化鐵皮0.16kg,處理后的鐵水質量成分配比為:C: 3.2%，S1: 0.009%，Mn: 0.20%，P: 0.011%，S:
0.020%，鐵水溫度 1320 °C。
[0031]步驟(2)中，60.7t脫磷鐵水兌入頂側復吹AOD不銹鋼精煉爐進行脫碳、合金化、還原;采用頂側復吹脫碳，全程吹氮，脫碳至0.20%終止頂槍吹煉，繼續(xù)進行側吹脫碳，吹煉過程分批次加入石灰7000kg和高碳鉻鐵17000kg;當鋼水碳含量達到目標后，測溫取樣，鋼水溫度、成分滿足預定要求，之后進入還原期，將側吹氮氣切換為氬氣，加入硅鐵20kg/t，螢石
2.9kg/t，終渣堿度1.9，還原4分鐘后加入電解錳40kg，還原6分鐘后，測溫取樣，鋼水質量成分比例為:(::0.10、51:0.40、]?11:0.60、0:12.50、？:0.025、5:0.005、氮隊0.025，剩余為鐵和殘余元素，滿足控制要求，出鋼。
[0032]步驟(3)中，鋼水到達LF(鋼包精煉爐)工序，進站后吹氬，氬氣流量150NL/min，送電化渣后，按每噸鋼水喂純鈣線4m，喂線速度2.4m/s，加入石灰6.2kg/t，螢石2.5kg/t，送電提溫化渣，調渣至白色，鋼水全氧含量28 X 10—6，氬氣流量控制在240 NL/min，鋼水質量成分比例為:(::0.11、51:0.42、]?11:0.61、0:12.58、？:0.024、5:0.004、氮隊0.024，余量為鐵和殘余元素，調整氬氣流量為180 NL/min，軟吹15分鐘，出鋼溫度1570°C，滿足控制要求，出鋼。
[0033]步驟(4)中，鋼水到達連鑄工序，鎮(zhèn)靜7分鐘開始澆注，連鑄全程采用氬氣保護性澆注，過熱度25°C，拉速0.95m/min，使用電磁攪拌，生產出馬氏體不銹鋼鑄還。
[0034]經檢測，馬氏體不銹鋼鑄坯的技術指標為:屈服強度207MPa，抗拉強度470MPa，斷后伸長率25%，冷彎180°，d=2a。
【主權項】
1.一種馬氏體不銹鋼，鋼種的化學成分質量百分比為:碳C:0.08?0.15、娃S1:0.30?0.55、猛Mn:0.40?1.00、鉻Cr:11.50?13.50，其特征在于:在化學成分中磷P: <0.030、硫S: < 0.010、氮N: 0.020?0.030，余量為鐵和殘余元素。2.生產如權利要求1所述馬氏體不銹鋼的一種馬氏體不銹鋼冶煉工藝，其特征在于:采用鐵水三脫工藝+不銹鋼氬氧精煉爐+LF冶煉工序，具體包括以下步驟: (I )、鐵水在脫憐站進彳T鐵水觸脫憐； (2)、步驟(I)制得的脫磷鐵水直接兌入不銹鋼精煉爐進行脫碳、合金化、還原，待鋼水成分質量比達到預定要求后出鋼至鋼包，得還原鋼水； (3)、步驟(2)中制得的還原鋼水進入LF(鋼包精煉爐)工序，送電、微調成分、造白渣，軟吹時間大于10分鐘，鋼水成分滿足成分配比要求和溫度達到預定要求后，S卩:碳C:0.08?0.15、硅S1:0.30?0.55、錳Mn:0.40?1.00、鉻Cr:11.50?13.50、磷P: < 0.030、硫S: <0.010、氮Ν:0.020?0.030、溫度 1550?1580°C，出鋼水; (4)、步驟(3)中制得的鋼水到達連鑄工序，鎮(zhèn)靜5?15分鐘，即生產出馬氏體不銹鋼。3.根據權利要求2所述的一種馬氏體不銹鋼冶煉工藝，其特征在于:所述的步驟(I)中，脫磷鐵水在脫磷站進行鐵水罐脫磷，要求鐵水罐凈空高度2 1500mm，鐵水進站溫度不低于1280°C，進站硅含量0.5%以下；鐵水到站后采用噴吹法脫磷，頂吹氧氣流量10?30Nm3/min，槍位0.70?1.0m，噴粉槍噴吹石灰粉流量20?50 kg/min，槍位距罐底500mm以下，每噸鐵水需氧化鐵皮0.10?0.20kg，開吹20?30分鐘，扒渣取樣，S1: < 0.15%，進入脫磷期，加入螢石100?200kg，每噸鐵水需氧化鐵皮0.10?0.20kg，處理后的鐵水質量成分配比為:C:3.0 ?3.6%，S1: <0.010%，Μη:0.1 ?0.25%，P: <0.015%,S: < 0.025%，鐵水溫度 1300°C。4.根據權利要求2所述的一種馬氏體不銹鋼冶煉工藝，其特征在于:所述的步驟(2)中，脫磷鐵水兌入不銹鋼精煉爐進行脫碳、合金化、還原，所述不銹鋼精煉爐是AOD、GOR或具有相似功能的不銹鋼精煉爐中的一種，采用頂?shù)谆蝽攤葟痛得撎?，全程吹氮，脫碳至C配比為0.18%?0.25%時終止頂槍吹煉，繼續(xù)進行底吹或側吹脫碳，吹煉過程分批次加入石灰和高碳鉻鐵；當鋼水碳含量達到目標后，測溫取樣，鋼水溫度、成分滿足預定要求，之后進入還原期，將氮氣切換為氬氣，按每噸脫磷鐵水加入硅鐵18?25kg/t，螢石2.5?4.0kg/t，終渣堿度大于等于1.8，還原3?5分鐘后加入電解錳，還原5?10分鐘后，測溫取樣，待鋼水質量配比滿足預定要求后出鋼。5.根據權利要求2所述的一種馬氏體不銹鋼冶煉工藝，其特征在于:所述的步驟(3)中，鋼水到達LF(鋼包精煉爐)工序，進站后吹氬，氬氣流量100?200NL/min，送電化渣后，按每噸鋼水喂純1丐線3?5m，喂線速度2?3m/s，加入石灰6?8kg/1，螢石2?3kg/1，送電提溫化渣，調渣至白色，鋼水全氧含量< 30 X 10—6，氬氣流量控制在200?300 NL/min，鋼水質量分數(shù)達到預定要求后，調整氬氣流量為100?200NL/min，軟吹10?20分鐘，溫度達到預定要求后出鋼。6.根據權利要求2所述的一種馬氏體不銹鋼冶煉工藝，其特征在于:所述步驟(4)中，鋼水到達連鑄工序，過熱度20?35 °C，拉速0.9?1.0m/min，使用電磁攪拌，生產出馬氏體不銹鋼鑄坯。
【文檔編號】C21C7/068GK105821330SQ201610297606
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】王永勝, 陳茂寶, 趙剛, 亓海燕, 殷齊敏, 徐光富, 張秀廷, 亓傳軍, 顏凱, 焦玉水, 李江江, 李峰, 史秀寶
【申請人】山東泰山鋼鐵集團有限公司