双相不锈钢的感应炉冶炼工艺流程综述报告.doc

双相不锈钢的感应炉冶炼工艺流程综述报告第一章 前言 双相不锈钢系指在钢中既含有奥氏体又含有铁素体组织的钢种，即 +双相不锈钢。目前,在工程上获得广泛应用的双相不锈钢中奥氏体和铁素体两相的体积百分比大致相等。故其兼有奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢的特性。与铁素体不锈钢和马氏体不锈钢相比,其韧性高、脆性转变温度低,耐晶间腐蚀性能和焊接性能显著提高。同时,保留了铁素体不锈钢导热系数高、膨胀系数小、具有超塑性等特性;与奥氏体不锈钢相比, +双相不锈钢强度高,特别是屈服强度和疲劳强度显著提高,且耐晶间腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等性能有明显改善,费效比低。 感应电炉即利用感应电流在炉料中发热来熔化金属或保温金属液的炉子。 双相不锈钢的生产工艺包括碳的质量分数控制，氮的体积分数控制，铬的质量分数控制，锑的质量分数控制，镍的质量分数控制，轧制退火酸洗等工艺。第二章 主题1. 1碳的质量分数控制00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢要求w (C)不大于0103%。AOD脱碳按以下方式进行:2 C +O2 = 2CO4 Cr + 3O2 = 2 Cr2O3 Cr2O3 + 3 C = 2 Cr + 3CO当钢液中含w (Cr) 18%、温度为1 705 时,与之平衡的碳因CO 分压不同而异: CO 分压为0101MPa时,w (C)为0105%; CO为011 MPa时, w (C)为015%。因此,用Ar (N2 )气体降低CO分压就可以达到降碳保铬的目的,而无须提高温度。脱碳还与碳和Cr2O3的反应速度有关,特别是钢中含碳量高时,脱碳已不单是由Cr2O3来完成,这时脱碳所需的氧主要为由吹入的氧气。在AOD精炼前期,脱碳所需氧气量比较大,温度有时会偏高。1. 2氮的体积分数控制氮的体积分数直接影响双相不锈钢的热加工性能和最终产品的性能,因此必须精确控制氮的体积分数。氮的溶解度随气氛中氮分压的增加而显著提高,随着温度的降低也有一定程度提高。因此在AOD冶炼条件下,倾向于在较低温度下向钢液吹氮,增加不锈钢中氮的体积分数。Mo、Mn、Cr、V、Nb、Ti等元素降低氮在钢液中的活度从而提高氮的溶解度。如需在热处理期间溶解氮化物,可加少量V、Nb和Ti、Ni、Cu、Si、C等元素降低钢中氮的溶解度,应尽可能控制在下限含量。作为实用的氮合金化冶炼方法, 有以下几种:l)等离子炉合金化。等离子加热器将气体加热到5 00030 000 K使部分离子化,根据等离子钢液吸氮热力学计算,压力为1 MPa,仅用氮气增氮,使奥氏体氮的体积分数达0187%。2)真空感应炉合金化。真空感应炉熔炼提供密闭的熔炼空间,使熔炼期间保持所需要的氮气压力,可以控制氮的添加量。钢水在这种炉中进行大量氮合金化是通过气相来实现的,日本不锈钢公司曾使用该法生产出了氮的体积分数达0180%的20Cr - 10Ni奥氏体不锈钢。3)增压电渣重熔法。即采用一定成分的电极,在具有一定压力的密封容器中重熔。在PESR过程中,超过溶解度极限的氮合金化需要采用固态含氮添加剂,如FeCrN、CrN、SiN 等进行连续加氮,此法可获得含氮的体积分数超过1%的不锈钢。4)底吹氮气合金化。通过AOD或VOD底部透气孔向熔池进行吹氮,在增氮同时还促进了钢液的搅拌作用。上钢五厂钢研所采用真空感应加电渣重熔工艺路线,冶炼出含氮的体积分数为0145% 0165%的高氮不锈钢;浙江久立公司采用AOD底吹氮并添加含氮合金, 冶炼了含氮的体积分数达0156%的2Cr - 15Mn含氮不锈钢; 太钢采用AOD精炼工艺,成功使用该法大批量冶炼出含氮的体积分数为0110%0116%的双相不锈钢。5)粉末冶金合金化。固态最适合在低于、甚至高于溶解度极限的情况下使氮化物析出而增加氮的体积分数。通过热等静压的粉末冶金法将氮化物(CrN)嵌入钢的基体中。近年来新兴的高能球磨法,不仅能够细化晶粒、减少成分和组织偏析,获得均匀的合金组元和氮的分布,同时能较为容易地获得更高的氮的体积分数。自1998年起,太钢开发了00Crl8Ni5Mo3Si2N、00Cr22Ni5Mo3N、00Cr25Ni7Mo3N 等含氮双相不锈钢。其主要生产工艺流程: 18 tEF化钢40 t AOD精炼1 280 mm立式连铸1 000 mm初轧开坯4辊轧机中厚板轧制。其中AOD在冶炼前期吹氮,后期吹氢脱氮,进行氮的体积分数精确控制,氮控制精度达010135%,最大精度可达0101%。1. 3铬的质量分数控制与中频或电弧炉熔炼高铬不锈钢相比,AOD精炼00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢在成分调节方面有所差别,因双相不锈钢所需铬的质量分数高,因此铬的前期氧化还原,后期的调节配入是比较关键性问题。在配比铬成分时,铬需留有余量,应用合金进行降温补铬,对于铬的补充应为后期生成氮化铬所需的铬留有余量,还应考虑通过微铬合金而平衡铬的质量分数。1. 4硫的质量分数控制向钢中添加脱硫剂和微量元素,可改变钢中硫化物夹杂成分和非金属夹杂物的形态,以达到脱硫和固定硫的目的,改善钢的热塑性和热加工性能。随着钢中复合脱硫剂质量分数的增加,硫质量分数呈降低趋势。1. 5镍的质量分数控制当加热温度高于1 200 时,在w (Ni)不大于4%左右的区间,临界变形量明显下降,镍质量分数过高对双相钢的热塑性不利,应下限控制。同时由于镍为强奥氏体元素,为确保双相不锈钢铸件中奥氏体和铁素体的合理比例,也需严格控制镍的质量分数。2轧制工艺2. 1热加工性能影响因素影响不锈钢热塑性的因素有变形抗力和变形能高以及铸态组织偏析严重等,其中高温下的双相组织和硫在晶界的偏聚是影响热塑性的主要因素。2205双相不锈钢由于提高了铬的质量分数、氮的体积分数,降低了镍质量分数,高温下也是双相组织,在1 300 的高温下,仍然有30%左右的奥氏体相,热加工在两相区进行,高温下铁素体和奥氏体比例对不锈钢热塑性的影响使其热加工性能较普通奥氏体和18 - 5双相不锈钢更为恶化。2. 2开坯温度的选择00Cr22Ni5Mo3N 不锈钢由于含有0110% 0120%的氮,在1 250 1 300 下,仍然处于双相区,钢中的相仍约为30% ,处于低塑性区,不能实现高温单相区轧制而必须在双相区完成热加工, 面心立方的塑性比体心立方的要好,延伸不一,容易导致开裂。因此在允许的条件下适当提高开坯温度,加快轧制节奏,减少温降,对最终开坯效果同样有利。3退火工艺00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢轧制板固溶后的组织取决于退火温度。当退火温度为1 050 时,组织为典型的相和相相间分布的条状组织;退火温度为1 150 时,相含量增加,已基本成块状分布;当退火温度超过950 时,组织中出现了相。在9501 150 温度范围内,、两相含量与退火温度呈良好的直线关系,在1 000 时,、两相含量基本相同。经1 050 固溶处理后,在850进行时效处理,从相中析出脆性相,随着时效时间的延长,脆性相含量增加。4酸洗工艺00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢由于合金质量分数较高,氧化物结构复杂,不容易酸洗。在硫酸中耐蚀性较高,发生腐蚀的硫酸浓度、温度较高,因此在酸洗方面较普通0Crl8Ni9、316L 不锈钢难,酸洗工艺的合理与否,直接影响到产品的表面品质,在一定程度上制约了高效生产。李国平等通过正交试验得出H2 SO4 220 g/L,NaCl 30 g/L,添加剂