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CN107130188B - 焊接用铁素体不锈钢及其炼制方法 - Google Patents

焊接用铁素体不锈钢及其炼制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种焊接用铁素体不锈钢及其炼制方法，其包括AOD炉冶炼、LF炉精炼和CC连铸过程；所述不锈钢化学成分的质量百分含量为：C＜0.03%、Si＜1.0%、Mn＜1.5%、P＜0.03%、S＜0.01%、Cr 11.00～12.50%、Mo＜0.6%、Ni 0.9～1.1%，余量为Fe和不可避免的杂质。本不锈钢通过优化成分，使其在焊接温度下存在一定比例的奥氏体，阻止铁素体晶粒的急剧长大，同时提高钢中镍、钼含量，改善材料焊接性和耐蚀性。本方法改善了铁素体不锈钢的焊接和耐蚀性能，可在更加恶劣的环境中使用，可极大提高产品的使用周期，减少频繁加工对环境的污染；所得产品具有良好的焊接性和耐蚀性能，可用于替代镀锌丝、锌铝合金丝等需焊接使用的丝网产品；能有效地减少生产加工过程中的污染。

Description

焊接用铁素体不锈钢及其炼制方法
技术领域
本发明涉及一种不锈钢及其炼制方法，尤其是一种焊接用铁素体不锈钢及其炼制方法。
背景技术
目前，国内镀锌丝和锌铝合金丝使用量很大，主要用于公路、铁路防护网以及用于水利工程的石笼网，该产品主要是普通低碳钢拉拔后进行表面热镀，使其具有一定耐蚀性，但电镀过程中不但会排放出大量有害人类健康的“三废”产物，而IE对环境也会产生严重危害。
不锈钢本身具有良好的耐蚀性能，同时低碳铁素体不锈钢拉拔成细丝后具备一定的柔韧性(或通过退火，使其具备更佳的力学性能)；因此，具有良好焊接性能的铁素体不锈钢能够代镀锌丝、锌铝合金丝等需焊接使用的丝网产品。铁素体不锈钢从母材到产品的生产过程不需要进行电镀，因此会大大减少对环境的污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种焊接性、耐蚀性好的焊接用铁素体不锈钢；本发明还提供了一种焊接用铁素体不锈钢的炼制方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的化学成分的质量百分含量为：C＜0.03%、Si＜1.0%、Mn＜1.5%、P＜0.03%、S＜0.01%、Cr 11.00～12.50%、Mo＜0.6%、Ni＜1.1%、N＜0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选的，化学成分的质量百分含量为：C＜0.03%、Si 0.3%～0.4%、Mn 0.7%～0.9%、P＜0.03%、S＜0.01%、Cr 11.50～12.50%、Mo 0.2%～0.3%、0.9%≤Ni＜1.1%、N＜0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明方法包括AOD炉冶炼、LF炉精炼和CC连铸过程；所述不锈钢化学成分的质量百分含量如上所述。
本发明方法所述AOD炉冶炼过程中侧枪各阶段气体分配为：脱碳1阶段O2 22～24Nm3/吨钢、N2 2.0～2.5Nm3/吨钢；脱碳2阶段O2 38～40Nm3/吨钢、Ar 4.7～5.2Nm3/吨钢；脱碳3阶段O2 1.6～2.1Nm3/吨钢、Ar 1.6～2.1Nm3/吨钢；脱碳4阶段O2 0.85～1.05Nm3/吨钢、Ar 2.5～2.8Nm3/吨钢；脱碳5阶段O2 1.4～1.6Nm3/吨钢、Ar 5.4～5.7Nm3/吨钢；脱碳6阶段O2 1.6～1.8Nm3/吨钢、Ar 6.8～7.1Nm3/吨钢；脱碳7阶段O2 0.9～1.1Nm3/吨钢、Ar 7.1～7.3Nm3/吨钢；还原期阶段Ar 6.5～6.7Nm3/吨钢；
所述连铸过程：首炉中包温度控制在1540～1555℃，拉速为1.05～1.15m/min；非首炉中包温度控制在1535～1550℃，拉速控制1.05～1.15m/min；二冷阶段采用中弱强度冷却，所述中弱强度冷却为二冷阶段一区每流水量控制在180～200L/min，二区每流水量控制在150～180L/min，三区每流水量控制在100～120L/min。
本发明方法所述AOD炉冶炼过程采用的脱磷铁水的温度＞1250℃，其中主要成分的质量百分含量为：C≥3.0%，Si≤0.02%，P≤0.03%。
本发明方法所述AOD炉冶炼过程中顶枪氧气压力为6～17bar，提枪前吹氧量为60～62m3/吨钢。
本发明方法所述AOD炉冶炼过程中分别加入铬铁、钼铁、电解锰和镍板进行合金化；合金化后脱碳保铬，还原期加硅铁进行氧化铬还原。
本发明方法所述LF炉精炼过程中，浇铸前底吹氩气时间＞12min，上机浇注温度1620～1640℃。
本发明方法所述连铸过程中，钢坯矫直后进行缓冷。
本发明方法的原理是：含有较低磷含量的脱磷铁水，通过AOD精炼炉各吹炼阶段混合气体比例的合理设定，进行最大限度的脱碳保铬及升温处理，同时加入较稳定元素进行钢水合金化，还原期加入一定量硅铁进行渣中Cr2O3还原，进一步提高合金收得率，LF炉冶炼过程通过合金元素微调以及温度控制，为后续浇铸钢坯做好准备，连铸过程中因该钢种高温时为“铁素体+奥氏体”双向组织，故二冷阶段需采用弱冷操作，以减轻钢坯内应力，同时钢坯通过矫直段后需进行缓冷。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过优化铁素体不锈钢成品成分，使其在焊接温度下存在一定比例的奥氏体，阻止铁素体晶粒的急剧长大，同时提高钢中镍、钼含量，改善材料焊接性和耐蚀性。
本发明方法改善了铁素体不锈钢的焊接和耐蚀性能，可在更加恶劣的环境中使用，课极大提高产品的使用周期，减少频繁加工对环境的污染；所得产品具有良好的焊接性和耐蚀性能，可用于替代镀锌丝、锌铝合金丝等需焊接使用的丝网产品；能有效地减少生产加工过程中的污染。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明钢坯的组织图；
图2是本发明热轧线材的组织图；
图3是本发明产品的焊接组织图；
图4是本发明产品的蚀性对比图。
具体实施方式
实施例1－6：本焊接用铁素体不锈钢的炼制方法的工艺流程为：脱磷铁水—AOD炉冶炼—LF炉精炼—CC连铸—轧制，后经退火酸洗即可使用；各工艺过程如下所述：
（1）脱磷铁水：脱磷铁水中主要成分（wt）需满足：C≥3.0%，Si≤0.02%，P≤0.03%，铁水温度＞1250℃。各实施例中脱磷铁水的主要成分含量见表1。
表1：各实施例中脱磷铁水的主要成分含量
（2）AOD炉冶炼过程：脱磷铁水按40～50吨装入量计算，出钢量按57～60吨计算，顶枪氧气压力范围为6～17bar，提枪前吹氧量60～62m3/吨钢，侧枪氧气、氩气压力范围为3～19bar，侧枪各阶段气体分配为：脱碳1阶段O2 22～24Nm3/吨钢、N2 2.0～2.5Nm3/吨钢；脱碳2阶段O2 38～40Nm3/吨钢、Ar 4.7～5.2Nm3/吨钢；脱碳3阶段O2 1.6～2.1Nm3/吨钢、Ar 1.6～2.1Nm3/吨钢；脱碳4阶段O2 0.85～1.05Nm3/吨钢、Ar 2.5～2.8Nm3/吨钢；脱碳5阶段O21.4～1.6Nm3/吨钢、Ar 5.4～5.7Nm3/吨钢；脱碳6阶段O2 1.6～1.8Nm3/吨钢、Ar 6.8～7.1Nm3/吨钢；脱碳7阶段O2 0.9～1.1Nm3/吨钢、Ar 7.1～7.3Nm3/吨钢；还原期阶段Ar 6.5～6.7Nm3/吨钢。各实施例中侧枪各阶段的具体气体分配见表2。
表2：各实施例中侧枪各阶段的具体气体分配（Nm3/吨钢）
冶炼过程中，分别加入铬铁、钼铁、镍板等合金进行合金化，其中铬铁加入量为250～260kg/吨钢（铬吸收率约95.5%），钼铁加入量约3.8～4.0kg/吨钢（钼吸收率约98%），电解锰加入量约7.7～7.9kg/吨钢（锰综合吸收率约85%），镍板加入量约9.7～9.9kg/吨钢（镍吸收率约为98%），钢渣碱度范围为2.0～2.2，合金化后进行脱碳保铬，还原期加硅铁进行氧化铬还原，出钢成分要求为（wt）：C≤0.02%，Si 0.3%～0.4%，Mn 0.6%～0.8%，P≤0.03%，S≤0.01%，Cr 10.5%～11.5%，0.9%≤Ni＜1.1%，Mo≤0.6%，余量为Fe和不可避免的杂质。各实施例中合金化金属加入量见表3。
表3：各实施例中合金化金属加入量（kg/吨钢）
（2）LF炉精炼过程：将AOD钢水兑入LF炉中，加入低碳铬铁、电解锰、镍板和钼铁等合金进行成分微调，上机浇铸前，底吹氩气时间应≥12min，使钢中夹杂物充分上浮，上机浇注温度1620～1640℃，成品成分的质量百分含量为：C＜0.03%、Si＜1.0%、Mn＜1.5%、P＜0.03%、S＜0.01%、Cr 11.00～12.50%、Mo＜0.6%、Ni＜1.1%、N＜0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。优选成分的质量百分含量为：C＜0.03%、Si 0.3%～0.4%、Mn 0.7%～0.9%、P＜0.03%、S＜0.01%、Cr 11.50～12.50%、Mo 0.2%～0.3%、0.9%≤Ni＜1.1%、N＜0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。各实施例LF炉精炼出钢的成分含量见表4。
表4：各实施例LF炉精炼出钢的成分含量（wt%）
（3）CC连铸过程：钢种液相线温度为1504℃；首炉中包温度控制范围为1540～1555℃，拉速控制1.05～1.15m/min；非首炉中报温度控制范围为1535～1550℃，拉速控制1.05～1.15m/min；结晶器水量1500～1600L/min；结晶器电磁搅拌电流370A；结晶器电磁搅拌频率4.0Hz；二冷阶段采用中弱强度冷却，钢坯矫直后需缓冷；所述缓冷工艺：采用厢式加热炉进行退火，开启加热炉最大升温能力，将炉内温度升至500℃，将连铸坯放入加热炉中，保温1h后，停止保温，将炉门开启5cm，当温度降至400℃时将炉门开启至15cm，当温度降至250℃时将炉门全部开启，当温度降至100℃以下时，将加热炉台车开出空冷至室温，结束缓冷。各实施例中CC连铸的具体工艺见表5。
表5：各实施例中CC连铸的具体工艺
图1是实施例1所得钢坯的组织图；图2是实施例1所得热轧线材的组织图；图3是实施例1所得产品的焊接组织图；图4是实施例1所得产品的蚀性对比图，其中左数前三个为常规工艺所得0Cr13C钢丝，最后一个为实施例1所得0Cr13Ni钢丝。由图1－4可见，该钢种铸坯低倍样正常，未发现晶粒间矫直裂纹，说明整个连铸生产过程应力控制良好。线材退火后组织均匀，常温下为“铁素体+碳化物”，具有良好的力学性能，满足客户后续拉拔精线生产。焊接区域不存在明显焊缝，同时晶粒大小和高温热影响区面积较常规0Cr13C(低锰)钢种明显减小。腐蚀性实验设备为：烟雾试验机(5% NaCl雾化盐水)，处理时间200h，左侧三样品为0Cr13C钢种、最右侧样品为实施例中0Cr13Ni钢种，对比可看出相同处理条件下，0Cr13C样品表面生锈现象严重，0Cr13Ni样品表面几乎未生锈，说明该成分钢种耐蚀性良好。

Claims (9)

1.一种焊接用铁素体不锈钢，其特征在于，其化学成分的质量百分含量为：C＜0.03%、Si＜1.0%、0.70≤Mn＜1.5%、P＜0.03%、S＜0.01%、Cr 11.00～12.50%、Mo＜0.6%、0.84≤Ni＜1.1%、N＜0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的焊接用铁素体不锈钢，其特征在于，其化学成分的质量百分含量为：C＜0.03%、Si 0.3%～0.4%、Mn 0.7%～0.9%、P＜0.03%、S＜0.01%、Cr 11.50～12.50%、Mo 0.2%～0.3%、0.9%≤Ni＜1.1%、N＜0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.一种焊接用铁素体不锈钢的炼制方法，其特征在于：其包括AOD炉冶炼、LF炉精炼和CC连铸过程；所述不锈钢化学成分的质量百分含量为：C＜0.03%、Si＜1.0%、0.70≤Mn＜1.5%、P＜0.03%、S＜0.01%、Cr 11.00～12.50%、Mo＜0.6%、0.84≤Ni＜1.1%、N＜0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的焊接用铁素体不锈钢的炼制方法，其特征在于，所述AOD炉冶炼过程中侧枪各阶段气体分配为：脱碳1阶段O2 22～24Nm3/吨钢、N2 2.0～2.5Nm3/吨钢；脱碳2阶段O2 38～40Nm3/吨钢、Ar 4.7～5.2Nm3/吨钢；脱碳3阶段O2 1.6～2.1Nm3/吨钢、Ar1.6～2.1Nm3/吨钢；脱碳4阶段O2 0.85～1.05Nm3/吨钢、Ar 2.5～2.8Nm3/吨钢；脱碳5阶段O21.4～1.6Nm3/吨钢、Ar 5.4～5.7Nm3/吨钢；脱碳6阶段O2 1.6～1.8Nm3/吨钢、Ar 6.8～7.1Nm3/吨钢；脱碳7阶段O2 0.9～1.1Nm3/吨钢、Ar 7.1～7.3Nm3/吨钢；还原期阶段Ar 6.5～6.7Nm3/吨钢；
所述CC连铸过程：首炉中包温度控制在1540～1555℃，拉速为1.05～1.15m/min；非首炉中包温度控制在1535～1550℃，拉速控制1.05～1.15m/min；二冷阶段采用中弱强度冷却，所述中弱强度冷却为二冷阶段一区每流水量控制在180～200L/min，二区每流水量控制在150～180L/min，三区每流水量控制在100～120L/min。
5.根据权利要求4所述的焊接用铁素体不锈钢的炼制方法，其特征在于：所述AOD炉冶炼过程采用的脱磷铁水的温度＞1250℃，其中主要成分的质量百分含量为：C≥3.0%，Si≤0.02%，P≤0.03%。
6.根据权利要求4所述的焊接用铁素体不锈钢的炼制方法，其特征在于：所述AOD炉冶炼过程中顶枪氧气压力为6～17bar，提枪前吹氧量为60～62m3/吨钢。
7.根据权利要求4所述的焊接用铁素体不锈钢的炼制方法，其特征在于：所述AOD炉冶炼过程中分别加入铬铁、钼铁、电解锰和镍板进行合金化；合金化后脱碳保铬，还原期加硅铁进行氧化铬还原。
8.根据权利要求4所述的焊接用铁素体不锈钢的炼制方法，其特征在于：所述LF炉精炼过程中，浇铸前底吹氩气时间＞12min，上机浇注温度1620～1640℃。
9.根据权利要求4－8任意一项所述的焊接用铁素体不锈钢的炼制方法，其特征在于：所述CC连铸过程中，钢坯矫直后进行缓冷。
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