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不鏽鋼熔煉有特性 适宜的控制技術很重要
2017年06月19日 09:26 溫州俊企不鏽鋼有限公司
ZG1Cr17Mn12Ni2N鉻錳氮不鏽鋼是一種高鉻、高錳、高氮、低鎳型奧氏體不鏽鋼,金相組織為單一奧氏體,是耐腐蝕不鏽鋼,其力學性能很高。因其獨特的物理特性,在發電行業中有着很特殊的用途。
  本研究通過對生産的整個過程進行分析、控制,采用AC+LF+VOD熔煉,獲得了高強度、低導電、低導磁、X射線檢測合格的鑄件材料。

  1.材料特性

  由于氮是強烈的奧氏體化元素,在“Cr-Mn-N”系不鏽鋼中,wN=0.015%時,鋼的金相組織為鐵素體;,wN=0.13%~0.33%時,鋼的金相組織為鐵素體和奧氏體;wN=0.58%時,則可獲得單一奧氏體。
  但在實際生産中,對鋼中的含氮量應嚴格控制,因為在一般的熔煉條件下,氮的加入量超過一定數量時,由于氮的析出及氮析出時促進了氫的析出,使鑄件容易産生氣孔和疏松缺陷。
  鋼中的Cr、Mn、Mo等元素會降低氮在鋼中的活度,提高氮在鋼中的溶解能力,而Ni、Si、C會減少氮在鋼中的溶解度。氮在鋼中的溶解度遵循西華特定律,從氣相中吸氮受西華特定律限制,所以需要合适的熔煉技術,使在一般壓力條件下的氮含量遠超過熱力學平衡時的氮含量,以便氮以間隙原子或氮化物的形式存在于鋼中。
  由于碳在鋼中形成碳化物,對奧氏體不鏽鋼的耐腐蝕性能危害極大,所以C盡可能降低,因此宜控制wC=0.12%~0.15%。
  鉻是使不鏽鋼具有抗腐蝕能力的基本元素,當wCr>12%時,鋼的抗腐蝕性能發生突變,因此應控制wCr=16.5%~17.75%。
  鎳是促進奧氏體形成的元素,具有良好的抗腐蝕能力,并且是貴重的合金材料,“Cr-Mn-N”系不鏽鋼就是為了減少鎳的加入量,節約成本,但是加入少量的鎳配合其他元素使用,能提高鋼的綜合性能。
  錳也是奧氏體形成元素,可以部分代替鎳的使用,同時錳的加入也利于氮的溶解,不足之處是降低鋼的耐腐蝕性,因此應控制wNi=11%~12.5%。

  綜上所述,要獲得單一的奧氏體組織,熔煉過程中,在加入适量的錳和鉻後,再以氮化物的形式加入氮。

  2. 化學成分控制

  (1)ZG1Cr17Mn12Ni2N化學成分要求如表1所示。
(2)為保證鋼液中氮的固溶及鑄件良好的綜合性能,鋼液的内控化學成分按表2所示範圍進行控制。
  
  3. 熔煉過程控制

  (1)電弧爐操作 采用返回法熔煉,使用優質廢鋼,以确保鋼液的磷含量不超标。高碳鉻鐵和低碳鉻鐵鋪于爐底,鋼液的熔清碳含量按wC=1.5~1.7%控制。氧化期吹氧脫碳至wC=0.6~0.7%,氧化期結束後扒淨鋼渣,加入金屬錳、矽鐵、矽鈣塊、鋁塊等進行沉澱脫氧。
  鉻含量按上限控制,鎳含量按中上限控制。低碳錳鐵和金屬錳在鋼渣充分還原後加入,錳含量超出規格上限wC=0.5%。
  還原期流渣操作後重新造新渣,進行脫硫操作,擴散脫氧劑采用碳粉、矽鈣粉及鋁粉,要做到還原充分。通過換渣操作及充分的還原,将硫含量脫至wC=0.015%以下。扒渣後出鋼,電弧爐出鋼溫度為1700~1720℃。
  (2)LF+VOD精煉操作 入罐進入LF工位後重新造渣,并送電升溫,進行還原脫硫操作。脫硫至硫含量<0.01%,升溫至1660~1680℃後,吊包至扒渣平台進行扒渣操作。
  扒渣後吊包入罐進入VOD工位,抽真空後進行真空吹氧脫碳操作,吹氧壓力為0.9~1.0MPa,氧濃度儀出現拐點後停止吹氧,繼續抽真空進行真空碳脫氧操作,在133Pa真空度下保持10~15min。
  破真空後加入造渣材料和脫氧劑,繼續抽真空進行真空還原,在133Pa真空度下保持15~20min。
  真空還原結束後加入氮化鉻鐵進行氮的配入,配氮時要考慮到鋼水中原有的氮含量為0.015%左右,并對化學成分進行微調,化學成分、鋼水溫度合适後喂鈣鐵線進行終脫氧。
  成分合格、溫度合适則吊包澆注。根據鑄件的壁厚,通過熔點計算及合适的過熱度,所以規定澆注溫度為1555~1565℃較适宜。

  4.結果分析

  (1)化學成分分析 如表3所示。
  (2)性能分析 如表4所示。

  (3)金相分析 随機取兩塊試樣做金相組織分析,金相圖見圖1、圖2(高氯化鐵腐蝕100×),由圖可見鑄件材料的金相組織為單一奧氏體組織。

  (4)X射線檢測 每件鑄件均進行X射線探傷,探傷标準為《ASTME1860》,通過對鑄件内部質量的檢測,可以進行鑄件缺陷的分析判定及工藝方案的驗證和改進。我們生産的鑄件經過探傷,二級合格率達到90%以上。
  5.結語
  通過充分的技術及生産準備,冶煉出了合格、優質的ZG1Cr17Mn12Ni2N鉻錳氮不鏽鋼的鋼液,成功地生産出了合格的鑄件,滿足了客戶的需求。同時獲得了ZG1Cr17Mn12Ni2N鉻錳氮不鏽鋼的工藝參數,掌握了此種鋼熔煉方法,為我公司以後生産此類鋼種打下了基礎,同時增大了我公司的生産領域。

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