45 t AOD精炼高氮奥氏体不锈钢10Cr21Mn16NiN的工艺实践

冶炼高氮不锈钢10Cr21Mnl6NiN (/%:0.03~0.13C,0.30~0.60Si,15.0~17.0Mn, ≤0.045P, ≤0.030S,21.0~22.0Cr,1.0~1.8Ni,0.40~0.65N) EAF粗炼钢水主要成分为2.20%C,21.32%Cr。AOD精炼时,采用顶吹和底侧吹氧氮进行脱碳,加入锰铁和镍铁,并加入石灰脱硫,用硅铁还原后再用铝和硅钙粉进行深脱氧;使用金属锰进行锰合金化后钢中Mn含量达16%;在钢水量为45.2~46.0 t时,AOD出钢时钢中氮含量为0.49%~0.54%,在出钢过程加入1.34~1.67 t氮化锰后钢中氮含量为0.64%~0.65%,氮的收得率可达42.1%~50.2%。     

1Mn15Cr17Ni2N高氮奥氏体不锈钢的研制

采用25 t EAF-VOD+LF-680 kg铸锭工艺冶炼0. 14%C-0.35%N 的奥氏体不锈钢1Mn15Cr17Ni2N。VOD精炼后,[N]为0.040%,[0]为0.0158%;通过LF吹氮45 min,吹氮量50 m³,分析得出[N]为0.139%, [O]为0.0033%,吹入氮气平均回收率为33.07%。再加人500 kg氮化铬(8.60%N)和150 kg氮化锰(5.13%N),取样分析[N]为0.35%, [O]为0.0029%,加氮化铬和氮化锰的氮综合回收率为87.41%。     

Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢的冶炼工艺

为了研究Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢的冶炼工艺,采用加压感应炉+保护气氛电渣重熔工艺进行Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢的冶炼工艺试验,冶炼过程中采用氮化合金与加压氮气渗入相结合的方法增氮。结果表明,随着氮气分压的增加,钢中氮质量分数随之增大;当冶炼过程中氮气分压提高0.03 MPa时,能够成功抑制皮下气泡的生产;试验钢经保护气氛电渣重熔后,钢中夹杂物会普遍降低,主要为细小的方形TiN夹杂。     

氮含量对1Cr17Mn6Ni5N奥氏体不锈钢高温变形行为的影响

试验用1Cr17Mn6Ni5N钢(/%:0.09~0.11C,0.19~0.29Si,7.33~7.42Mn,0.011~0.015P,0.004~0.007S,16.87~17.24Cr,,5.06~5.19Ni,0.21~0.40N)由10kg真空感应炉熔炼,通过氮气气氛加氮化铬进行N合金化。通过Gleeble-1500D热模拟试验机将实验钢在真空下1150~1 000℃,以应变速率10^-2s^-1和1 s^-1进行压缩60%试验。结果表明,在高温下,以低应变速率压缩时钢的动态再结晶是主要的软化机制;以高应变速率压缩时钢的动态回复是主要的软化机制;与0.21%N和0.29%N试验钢相比,含0.40%N的试验钢具有较高的峰值应力,根据Zener-Hollomon参数的计算得出0.40%N的试验钢再结晶激活能最高,在高温下不易发生动态再结晶。     

1Cr22Mn16N高氮奥氏体不锈钢的热变形行为

高氮奥氏体不锈钢高温热塑性差,需要掌握其可控成型参数。以1Cr22Mn16N高氮奥氏体不锈钢为实验材料,采用Gleeble 3800热模拟实验机进行热压缩实验,探究了其在不同变形温度(850～1 100℃)和应变速率(0.001～10 s^-1)下的热变形行为。基于动态材料模型构建了1Cr22Mn16N的本构方程和热加工图,确定了最佳热加工参数,并结合EBSD分析了材料变形过程中的组织演化行为。研究结果表明,1Cr22Mn16N的热压缩流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,沿晶界发生的不连续动态再结晶是其主要软化机制。通过计算得到高氮奥氏体不锈钢高温变形表观活化能(Q)为350.9 kJ/mol,并建立了Arrhenius本构关系。热加工图表明,1 050～1 100℃,0.001～0.1 s^-1为其最佳热加工窗口。通过微观组织观察发现,随着变形温度的升高和应变速率的降低,晶粒尺寸逐渐均匀。研究结果可为1Cr22Mn16N不锈钢锻造、轧制等高温热变形工艺的制定提供理论参考。     

0Cr21Ni6Mn9N奥氏体不锈钢的应变强化行为

研究了不同氮含量的0Cr21Ni6Mn9N奥氏体不锈钢的塑性流变行为。结果表明,其形变强化特性可用Ludwigson模型来表示。钢在不同的应变下表现出不同的塑性流变行为,存在一个瞬变应变。当应变量低于它时,流变行为与Ludwik方程存在一个正偏差;而应变量高于它时,则符合Ludwik模型。造成这一差异的主要原因是位错滑移模式发生了改变,低于瞬变应变时为单系滑移,高于瞬变应变时为多系滑移。氮对位错滑移模式的影响主要表现为对瞬变应变的影响。随氮含量的增加,瞬变应变被推向更高的水平,这意味着氮原子使位错在更大的应变下才产生多系滑移和交滑移。     

AOD精炼不锈钢工艺的应用和发展

本文论述了国内外AOD精炼不锈钢工艺的应用和发展，并提出了AOD所面临的问题。     

不锈钢AOD精炼工艺的应用和发展

简要介绍了我国浦钢30t AOD、太钢40tAOD、宝钢不锈钢分公司120t AOD不锈钢精炼炉的经济技术指标及应用;叙述了AOD精炼技术-脱碳、脱硫、以N₂代Ar和顶枪技术的发展;讨论了AOD精炼的供气形式的完善和炉衬寿命等技术问题。     

00Cr25Ni22Mo2N奥氏体不锈钢的高温氧化行为

采用静态增重法研究了00Cr25Ni22Mo2N奥氏体不锈钢在不同温度下的循环氧化动力学曲线.结果表明,00Cr25Ni22Mo2N不锈钢在700℃时的氧化动力学曲线是一条平行于时间轴的直线,这说明其在该温度下氧化反应非常微弱;在800和900℃时的氧化动力学曲线遵循抛物线氧化规律,具有良好的抗氧化性能.利用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射对氧化膜的表面形貌、截面形貌和相组成进行研究,发现该钢在3个温度下都生成了致密和黏附性好的保护性氧化膜,700℃生成的氧化膜主要由Cr2O3和Fe2O3组成,氧化膜很薄;800℃生成的氧化膜由Cr2O3、Fe2O3和少量的NiCr2O4、FeCr2O4组成,氧化膜厚度增加;900℃生成的氧化膜由Cr2O3、Fe2O3和NiCr2O4组成,氧化膜厚度进一步增加.认为氧化膜组成和结构是00Cr25Ni22Mo2N不锈钢具有良好抗高温氧化性能的重要原因.     

不锈钢AOD精炼工艺的改进

通过生产试验改进了太钢40t AOD精炼工艺参数。提高氧化1期吹炼气体中氧气的比例、炉渣碱度和炉渣中MgO含量，降低精炼温度。改进后精炼工艺参数为氧化1期吹炼气体中氧：氮=(4～5)：1，氧化2期氧：氩=1：(1～2)，精炼温度≤1710℃，炉渣CaO／SiO2≥1．4，炉渣中MgO含量≥8％。使用改进的AOD精炼工艺冶炼18-8不锈钢时，[S]从原来的0．008％降至0．005％，渣中Cr2O3平均含量由6．78％降至0．73％，镁白云石炉衬平均寿命由56次提高到100次。     

VOD底吹氮精炼高氮钢P91的工艺实践

锅炉用铁素体耐热钢P91（%:0.08～0.12C、8.0～9.5Cr、0.85～1.05Mo、0.18～0.25V、0.06～0.10Nb、0.030～0.070N）的冶炼工艺流程为20 t EBT EAF+10 t感应炉混炼-LF-VOD（吹氮）-3 t锭模铸。通过低真空（～26 000 Pa）底吹N气搅拌使脱氧剂、造渣材料充分快速与钢液反应,使[N]从（80～90）×10^-6增至（120～140）×10^-6,然后底吹氮以（9～15）×10^-6/min的增氮速率将[N]增至620×10^-6,钢材中的N含量约为500×10^-6,达到标准要求。     

高氮Fe-Cr-Mn-Ni系奥氏体不锈钢的加压感应熔炼

采用MgO坩埚高频真空感应炉在氮气压力0.45~1.0MPa、温度1640~1700℃下,对加压感应熔炼高氮Fe-Cr-Mn-Ni系奥氏体不锈钢进行了实验研究。结果表明,1913K、1.0MPa氮气氛中Cr12、Cr17Mn5Ni5、Cr19Mn15和Cr20Mn8不锈钢中氮的溶解度分别为0.391%、0.692%、1.120%和0.899%,氮在液态不锈钢中的溶解与Sievert定律有所偏离;氧浓度在350×10^-6内,1913K、1.0MPa氮气氛中Cr20Mn8钢液的吸氮反应仍为一级反应,其传质系数为0.023cm·s^-1;随钢中氧浓度的增加,液态钢的吸氮速率和钢液中的平衡氮含量显著降低。     

奥氏体不锈钢15Mn-22Cr-0.56N的热塑性和轧制工艺对其性能的影响

通过热模拟试验和20%～60%单道次变形的热轧试验研究了奥氏体不锈钢15Mn-22Cr-0.56N的高温拉伸和压缩塑性以及热轧工艺对组织和机械性能的影响。模拟试验结果表明,该钢最佳热塑性区为1000～1150℃;热轧试验结果表明,15Mn-22Cr-0.56N钢最佳轧制工艺参数为1000～1050℃、40%变形可得到较高的强韧性。     

氮对Mn18Cr18N护环钢高温力学性能的影响

护环是汽轮发电机的重要部件。用Gleeble-1500热模拟试验机研究了成分(%)为:(1)0.53C-16.98Mn-3.17Cr,(2)0.12C-19.57Mn-19.27Cr-0.60N和(3)0.06C-18.58Mn-19.15Cr-0.69N 3种护环钢在8001 200℃的高温变形应力-应变曲线以及含N护环钢的高温塑性-断面收缩率。结果表明,随钢中氮含量的增加,动态再结晶需要的临界变形量越大,相应的变形抗力逐渐增大;含N钢在1 050℃塑性最大,高温塑性随钢中氮含量的增加而减小,因此改善变形方式以提高工艺塑性是防止热裂,提高护环质量的有效途径。     

温度对Mn16Cr22Ni1.6N0.6高氮钢的热变形行为和组织的影响

通过Gleeble 1500D热模拟实验,研究了Mn16Cr22Ni1.6N0.6高氮奥氏体不锈钢(%:0.12C、22.05Cr、15.52Mn、1.64Ni、0.58N)在900～1 300℃,应变速率(ε)0.005 s~(-1)时拉伸热变形行为及其组织变化。结果表明,该高氮钢在1 100～1 250℃时塑性较好。1 220℃断面收缩率最大为59%。拉伸断口处组织的观察表明,900～1 000℃拉伸时,已发生再结晶,有较细的晶粒生成;1 000～1 100℃时,再结晶的晶粒长大,有锯齿状的晶界;1 100～1 300℃时有铁素体出现,而且随温度的升高,铁素体含量增多,1 300℃时晶界发生了融化现象。     

AOD精炼304不锈钢渗氮、脱氮的计算模型与应用

研究了AOD精炼304不锈钢过程中的渗氮和脱氮行为,建立了渗氮和脱氮计算模型。AOD渗氮模型在120 t AOD装置的验证结果显示,剔除异常数据后,氧化3期氮含量计算值与实测值之间的绝对误差在±100×10^-4%之间的约占总炉数的85%;还原期和脱硫期AOD脱氮模型计算结果与实测值之间的绝对误差在±100×10^-4%之间的约达到80%以上,AOD脱硫期的氮含量命中精度约为90%。     

AOD炉冶炼含氮不锈钢氮合金化工艺开发

介绍了AOD炉运用氮气在不锈钢中溶解与脱除理论所开发的氮合金化工艺。在40tAOD炉上冶炼0Cr19Ni9N,0Cr19Ni9NbN,1Cr17Mn6Ni5N,00Cr18Ni5Mo3Si2（N）,00Cr22Ni5Mo3N等舍氮不锈钢钢种。不需在线分析钢中氮含量,较为准确地预测与控制钢中氮溶解度值及舍氮不锈钢成品的氮含量。     

45 t AOD精炼304不锈钢的造渣工艺实践

为降低AOD精炼的渣料和还原剂硅铁用量,对高铬钢液脱碳及还原过程渣碱度控制进行热力学分析,并进行45 t AOD冶炼304不锈钢造渣工艺试验。试生产结果表明,降低AOD精炼304不锈钢脱碳期炉渣碱度可减少钢水铬的氧化,同时有效减少AOD精炼渣料和还原剂消耗;AOD精炼过程石灰加入量平均从104.2 kg/t降至84.2~93.1 kg/t时,脱碳期炉渣碱度由平均13.44降低到10.64,AOD冶炼过程石灰、萤石、硅铁单耗分别平均降低14.7、5.4、4.4 kg/t,钢中Cr收得率、Ni收得率和硫含量分别为99.0%、98.3%和0.0025%。