一种高温耐蚀不锈钢及其冶炼方法与流程

1.本发明涉及高温耐蚀不锈钢制造技术领域，具体而言，尤其涉及一种高温耐蚀不锈钢及其冶炼方法。


背景技术：

2.超超临界燃煤发电技术是一种先进、高效的发电技术，其中，超临界、超超临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果，超超临界机组与超临界机组相比，热效率要提高1.2％～4％，大致算下来一年就可节约6000吨优质煤。未来火电建设将主要是发展高效率、高参数的超临界(sc)和超超临界(usc)火电机组，且它们在发达国家已得到广泛的研究和应用。
3.由于使用环境的恶劣，对超超临界锅炉机组用钢的使用性能自然有了更为苛刻的要求，不仅需要具有优异的高温力学性能，如高温持久强度，还需要具备良好的耐高温晶间腐蚀性能。化学成分和加工工艺决定了钢的性能，目前超超临界锅炉机组用钢在生产过程中主要存在晶间腐蚀、晶粒度与显微组织无法兼顾的问题，化学成分作为基础，如何通过对化学成分的合理制定和精确控制，使得后续生产出的钢管满足晶间腐蚀试验以及高温持久强度等各项力学性能的要求是顺利制备出满足使用要求的钢管的重要前提。
4.因此，本发明研究人员在18-8型不锈钢的基础上通过添加一定量的合金或非金属元素，同时调整已含有元素的上下限，通过选择适当的冶炼方法进行制备，从而得到具有更加优异的高温力学性能和高温腐蚀性能的新型高温耐蚀不锈钢。


技术实现要素：

5.根据上述提出的技术问题，而提供一种高温耐蚀不锈钢及其冶炼方法。本发明主要采用返回吹氧的方法通过电炉-lf炉-vod炉进行冶炼，从而制备得到具有更加优异的高温力学性能和高温腐蚀性能的新型高温耐蚀不锈钢。该种钢具有优异的高温力学和高温腐蚀性能，可以满足超超临界锅炉机组的使用环境要求，可以在500℃～800℃下长期稳定服役。
6.本发明采用的技术手段如下：
7.一种高温耐蚀不锈钢，为依次经过电炉冶炼、lf炉精炼、vod炉精炼和浇注制备得到的所得产物。
8.进一步地，所述高温耐蚀不锈钢的化学成分及重量百分比为：
9.c：0.05～0.07％，cr：19～20％，mn：0.7～0.9％，nb：0.5～0.7％，ni：9～11％，cu：3.5～4.5％，mo：0.3～0.5％，v：0.1～0.3％，n：0.09～0.12％，b：0.002～0.008％，al：≤0.01％，si：≤0.3％，p：≤0.03％，余量为fe及其他不可避免的杂质元素。
10.本发明还提供了一种高温耐蚀不锈钢的冶炼方法，包括如下步骤：
11.s1、配料：以钢种的返回料、碳钢、镍铬切头及铁合金等作为原材料，将原材料中的各种合金元素与碳配成炉料，并保证残余元素和五害元素满足规格要求；
12.s2、电炉冶炼：
13.s21、将已配好的炉料装进电炉中；
14.s22、送电加热，将炉料熔化成钢液；
15.s23、向电炉内吹氧进行氧化操作；
16.s24、氧化操作完成后加入脱氧剂进行预还原，以将氧化期进入炉渣中的合金元素还原进入钢中，调整钢液的化学成分；
17.s25、扒渣后将钢液转入lf精炼炉进行精炼；
18.s3、lf炉精炼：
19.s31、对钢液进行还原脱氧脱硫；
20.s32、继续对钢液进行深度还原脱氧脱硫，调整钢液的化学成分；保持钢液温度≥1550℃，进行吊包出钢后转入vod炉进行精炼；
21.s4、vod炉精炼：
22.s41、抽真空，待vod炉内的真空度≤25kpa时开始吹氧，合理控制吹氧量；
23.s42、停止吹氧进行真空碳脱氧操作，降低钢液中的c含量至0.03～0.04％；
24.s43、破空后加入石灰、萤石、渣料和脱氧剂进行真空化渣还原，化渣时间不低于30min，准确调整钢液的化学成分后，喂al线进行终脱氧操作；
25.s5、出钢后通过吊包送入浇注工序；浇注完成后，经120min空气自然冷却后，脱模，取出钢锭。
26.进一步地，所述步骤s21中，装进电炉中的炉料满足：大块炉料在下，轻小块炉料在上；装料前先在炉底垫适量20～30kg/t的石灰，以控制冶炼前期炉渣的碱度，减少炉渣对炉衬材料的侵蚀。
27.进一步地，所述步骤s23中，氧化操作时，氧化温度大于1590℃，控制c含量到规格范围，同时达到去除h、n气体元素以及其他夹杂元素的目的。
28.进一步地，所述步骤s24中，钢液的化学成分调整目标为：cr、mn：规格下限；ni：规格中限；c：0.5～0.7％；si：≤0.35％；p：≤0.25％；cu：3.5～4.2％；钢液温度控制目标为：1540～1550℃。
29.进一步地，所述步骤s31的具体步骤为：通过向钢液中加入适量c粉、al粉进行还原脱氧脱硫，将炉渣碱度控制在2.5～3，渣量控制在炉渣厚度为150～200nm。
30.进一步地，所述步骤s32中，向钢液中加入c粉、fe-si粉进行深度还原脱氧脱硫；钢液的化学成分调整目标为：c：0.5～0.7％；si：≤0.3％；s：≤0.005％；p：≤0.03％；mn：0.7～0.9％：cr：19.1～19.8％；ni：9.7～10.5％；mo：0.38～0.45％；cu：3.5～4.3％。
31.进一步地，所述步骤s43中，渣料为si-fe和al等；钢液的化学成分调整目标为：c：0.05～0.07％，cr：19～20％，mn：0.7～0.9％，nb：0.5～0.7％，ni：9～11％，cu：3.5～4.5％，mo：0.3～0.5％，v：0.1～0.22％，n：0.09～0.12％，al：≤0.01％，si：≤0.3％，p：≤0.03％，余量为fe。
32.进一步地，所述步骤s5中，浇注工序中，吊包温度控制在1540～1555℃，浇注温度为1540℃，选用3t方锭型，锭身浇注时间为380s，冒口浇注时间为260s。
33.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
34.1、本发明提供的高温耐蚀不锈钢及其冶炼方法，通过添加一定量的合金或非金属
元素，同时调整已含有元素的上下限，并选择适当的冶炼方法进行制备，从而得到具有更加优异的高温力学性能和高温腐蚀性能的新型高温耐蚀不锈钢。
35.2、本发明提供的高温耐蚀不锈钢及其冶炼方法，采用返回吹氧的方法通过电炉-lf炉-vod炉进行冶炼，采用铁合金加返回料可以把各种不易氧化的合金元素都配到规格要求，由于该钢种含c、cr量高，电炉氧化时适当提高氧化温度可以使碳优先氧化，从而达到“去碳保铬”，且后期采用vod真空精炼无须将c吹到很低，不会使cr的氧化量增加。而在lf炉加热精炼过程中还原期不仅可将主要成分初调至规格要求，而且可以利用lf炉良好的冶金热力学和动力学条件完成快速脱s。vod真空吹炼结束后，可通过真空化渣还原后，再进行成分微调，包括nb、b、n的调整。综合实际生产条件、生产成本、生产效率、冶金质量、操作难度等因素的综合考虑，故本发明选择采用本发明所述的冶炼方法进行制备高温耐蚀不锈钢钢锭。
36.基于上述理由本发明可在高温耐蚀不锈钢的制备等领域广泛推广。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本发明高温耐蚀不锈钢的冶炼方法示意图。
具体实施方式
39.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
40.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
42.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号
和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
43.如图1所示，本发明提供了一种高温耐蚀不锈钢及其冶炼方法，为一种用于超超临界锅炉机组的超级奥氏体不锈钢的成分及冶炼生产方法。
44.本发明的目的是提供一种用于超超临界锅炉机组的高温耐蚀奥氏体不锈钢，该种钢具有优异的高温力学和高温腐蚀性能，可以满足超超临界锅炉机组的使用环境要求，可以在500℃～800℃下长期稳定服役。此外，本发明还提供了该种不锈钢的冶炼方法。
45.(1)一种超超临界机组用高温耐蚀不锈钢，其化学成分按重量百分比计，配比为：c：0.05～0.07％，cr：19～20％，mn：0.7～0.9％，nb：0.5～0.7％，ni：9～11％，cu：3.5～4.5％，mo：0.3～0.5％，v：0.1～0.3％，n：0.09～0.12％，b：0.002～0.008％，al：≤0.01％，si：≤0.3％，p：≤0.03％，余量为fe及其他不可避免的杂质元素。
46.(2)本发明不锈钢的冶炼方法如下：
47.采用返回吹氧的方法通过电炉-lf炉-vod炉进行冶炼。具体冶炼过程大致如下：
48.①
配料：利用该类或类似钢种的返回料、碳钢、镍铬切头及铁合金等，将主要合金元素(如cr、ni、cu、nb等)与碳配到上述成分规格要求范围内，同时保证残余元素和五害元素满足规格要求。
49.②
电炉冶炼：将已配好的炉料按照大块炉料在下，轻小块炉料在上的原则装进电炉中，装料前先在炉底垫适量石灰20～30kg/t，以控制冶炼前期炉渣的碱度，减少炉渣对炉衬材料的侵蚀。送电加热，熔化炉料成钢液。向电炉内吹氧进行氧化操作，氧化操作时氧化温度大于1590℃，控制c含量到规格范围，同时达到去除h、n等气体元素以及其他夹杂元素的目的。氧化操作完成后加入脱氧剂进行预还原，以将氧化期进入炉渣中的合金元素还原进入钢中。钢液化学成分调整目标值：cr、mn：规格下限；ni：规格中限；c：0.5～0.7％；si：≤0.35％；p：≤0.25％；cu：3.5～4.2％。温度控制目标：1540～1550℃；扒渣后转入lf精炼炉。
50.③
lf炉精炼：通过加入适量c粉、al粉进行还原脱氧脱硫，将炉渣碱度控制在2.5～3，渣量控制在炉渣厚度为150～200nm，继续加入c粉、fe-si粉进行深度还原脱氧脱硫。钢液中各合金元素的调整目标为：c：0.5～0.7％；si：≤0.3％；s：≤0.005％；p：≤0.03％；mn：0.7～0.9％：cr：19.1～19.8％；ni：9.7～10.5％；mo：0.38～0.45％；cu：3.5～4.3％。保持温度≥1550℃，进行吊包出钢转入vod炉进行精炼。
51.④
vod炉精炼：抽真空，待真空度≤25kpa开始吹氧，合理控制吹氧量。停止吹氧进行真空碳脱氧操作，降低钢中的c含量至0.03～0.04％。破空后加入石灰，萤石，si-fe、al等渣料和脱氧剂进行真空化渣还原，化渣时间不低于30min，准确调整钢液成分如下后喂al线进行终脱氧操作：c：0.05～0.07％，cr：19～20％，mn：0.7～0.9％，nb：0.5～0.7％，ni：9～11％，cu：3.5～4.5％，mo：0.3～0.5％，v：0.1～0.22％，n：0.09～0.12％，al：≤0.01％，si：≤0.3％，p：≤0.03％，余量为fe。
52.出钢后通过吊包送入浇注工序，吊包温度控制在1540～1555℃，浇注温度为1540℃、选用3t方锭型，锭身浇注时间为380s、冒口浇注时间为260s。浇注完成后，经120min空气自然冷却后，脱模，取出钢锭。
53.实施例1
54.本实施例是采用本发明的成分和冶炼工艺进行冶炼、浇注并获得钢锭。
55.(1)本发明制备了一种超超临界机组用高温耐蚀不锈钢，其化学成分按重量百分比计，配比为：c：0.05～0.07％，cr：19～20％，mn：0.7～0.9％，nb：0.5～0.7％，ni：9～11％，cu：3.5～4.5％，mo：0.3～0.5％，v：0.1～0.3％，n：0.09～0.12％，b：0.002～0.008％，al：≤0.01％，si：≤0.3％，p：≤0.03％，余量为fe及其他不可避免的杂质元素。
56.(2)一种超超临界机组用高温耐蚀不锈钢的冶炼方法如下：
57.采用返回吹氧的方法通过电炉-lf炉-vod炉进行冶炼。具体冶炼过程大致如下：
58.①
配料：利用该类或类似钢种的返回料、碳钢、镍铬切头及铁合金等，将主要合金元素(如cr、ni、cu、nb等)和碳配到上述成分规格要求范围内，同时保证残余元素和五害元素满足规格要求。
59.②
电炉冶炼：将已配好的炉料按照大块炉料在下，轻小块炉料在上的原则装进电炉中，装料前先在炉底垫适量石灰20～30kg/t，以控制冶炼前期炉渣的碱度，减少炉渣对炉衬材料的侵蚀。送电加热，熔化炉料成钢液。吹氧进行氧化操作时氧化温度大于1590℃，控制c含量到规格范围，同时达到去除h、n等气体元素以及其他夹杂元素的目的。氧化操作完成后加入脱氧剂进行预还原，以将氧化期进入炉渣中的合金元素还原进入钢中。钢液化学成分调整目标值：cr、mn：规格下限；ni：规格中限；c：0.5～0.7％；si：≤0.35％；p：≤0.25％；cu：3.5％。温度控制目标：1540～1550℃；扒渣后转入lf精炼炉。
60.③
lf炉精炼：通过加入适量c粉、al粉进行还原脱氧脱硫，将炉渣碱度控制在2.5～3，渣量控制在炉渣厚度为150～200nm，继续加入c粉、fe-si粉进行深度还原脱氧脱硫。钢液中各合金元素的调整目标为：c：0.5～0.7％；si：≤0.3％；s：≤0.005％；p：≤0.03％；mn：0.7～0.9％：cr：19.1％；ni：9.8％；mo：0.4％；cu：3.7％。保持温度≥1550℃，进行吊包出钢转入vod炉进行精炼。
61.④
vod炉精炼：抽真空，待真空度≤25kpa开始吹氧，合理控制吹氧量。停止吹氧进行真空碳脱氧操作，降低钢中的c含量至0.03～0.04％。破空后加入石灰，萤石，si-fe、al等渣料和脱氧剂进行真空化渣还原，化渣时间不低于30min，准确调整钢液成分如下后喂al线进行终脱氧操作：c：0.05％，cr：19.1％，mn：0.78％，nb：0.6％，ni：9.8％，cu：3.7％，mo：0.4％，v：0.2％，n：0.10％，al：≤0.01％，si：≤0.3％，p：≤0.03％，余量为fe。
62.出钢后通过吊包送入模铸浇注工序，吊包温度控制在1540～1555℃，浇注温度为1540℃、采用3t方锭型，锭身浇注时间为380s、冒口浇注时间为260s。浇注完成后，经120min空气自然冷却后，脱模，取出钢锭。钢锭夹杂物级别如下表所示。
63.表1钢锭夹杂物级别
[0064][0065][0066]
实施例2
[0067]
(1)本发明制备了一种超超临界机组用高温耐蚀不锈钢，其化学成分按重量百分比计，配比为：c：0.05～0.07％，cr：19～20％，mn：0.7～0.9％，nb：0.5～0.7％，ni：9～11％，cu：3.5～4.5％，mo：0.3～0.5％，v：0.1～0.3％，n：0.09～0.12％，b：0.002～0.008％，al：≤0.01％，si：≤0.3％，p：≤0.03％，余量为fe及其他不可避免的杂质元素。
[0068]
(2)一种超超临界机组用高温耐蚀不锈钢的冶炼方法如下：
[0069]
采用返回吹氧的方法通过电炉-lf炉-vod炉进行冶炼。具体冶炼过程大致如下：
[0070]
①
配料：利用该类或类似钢种的返回料、碳钢、镍铬切头及铁合金等，将主要合金元素(如cr、ni、cu、nb等)和碳配到上述成分规格要求范围内，同时保证残余元素和五害元素满足规格要求。
[0071]
②
电炉冶炼：将已配好的炉料按照大块炉料在下，轻小块炉料在上的原则装进电炉中，装料前先在炉底垫适量石灰20～30kg/t，以控制冶炼前期炉渣的碱度，减少炉渣对炉衬材料的侵蚀。送电加热，熔化炉料成钢液。吹氧进行氧化操作时氧化温度大于1590℃，控制c含量到规格范围，同时达到去除h、n等气体元素以及其他夹杂元素的目的。氧化操作完成后加入脱氧剂进行预还原，以将氧化期进入炉渣中的合金元素还原进入钢中。钢液化学成分调整目标值：cr、mn：规格下限；ni：规格中限；c：0.5～0.7％；si：≤0.35％；p：≤0.25％；cu：4.0％。温度控制目标：1540～1550℃；扒渣后转入lf精炼炉。
[0072]
③
lf炉精炼：通过加入适量c粉、al粉进行还原脱氧脱硫，将炉渣碱度控制在2.5～3，渣量控制在炉渣厚度为150～200nm，继续加入c粉、fe-si粉进行深度还原脱氧脱硫。钢液中各合金元素的调整目标：c：0.5～0.7％；si：≤0.3％；s：≤0.005％；p：≤0.03％；mn：0.7～0.9％：cr：19.8％；ni：10.5％；mo：0.45％；cu：4.2％。保持温度≥1550℃，进行吊包出钢
转入vod炉进行精炼。
[0073]
④
vod炉精炼：抽真空，待真空度≤25kpa开始吹氧，合理控制吹氧量。停止吹氧进行真空碳脱氧操作，降低钢中的c含量至0.03～0.04％。破空后加入石灰，萤石，si-fe、al等渣料和脱氧剂进行真空化渣还原，化渣时间不低于30min，准确调整钢液成分如下后喂al线进行终脱氧操作：c：0.07％，cr：19.8％，mn：0.88％，nb：0.65％，ni：10.5％，cu：4.2％，mo：0.45％，v：0.22％，n：0.11％，al：≤0.01％，si：≤0.3％，p：≤0.03％，余量为fe。
[0074]
出钢后通过吊包送入浇注工序，吊包温度控制在1540～1555℃，浇注温度为1540℃、采用3t方锭型，锭身浇注时间为380s、冒口浇注时间为260s。浇注完成后，经120min空气自然冷却后，脱模，取出钢锭。钢锭夹杂物级别如下表2所示。
[0075]
表2钢锭夹杂物级别
[0076]
项目实施例2a粗0a细0b粗0b细1.5c粗0c细0d粗0d细0ds0
[0077]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。