CN111057935B

CN111057935B - 一种耐热不锈钢的制备方法

Info

Publication number: CN111057935B
Application number: CN201911355358.5A
Authority: CN
Inventors: 吴正华; 黄锦锋; 吴辉
Original assignee: Zhangjiagang Pohang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Zhangjiagang Pohang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2021-04-02
Anticipated expiration: 2039-12-25
Also published as: CN111057935A

Abstract

本发明公开了一种耐热不锈钢的制备方法，包括以下步骤：将耐热不锈钢的各原料进行钢水冶炼、退火酸洗步骤；钢水冶炼步骤包括EAF电炉原料投入阶段管控，原料配比为STS+普碳钢+ChCr+纯NI；AOD氩氧脱碳精炼；采用预脱硫熔汤脱硫工艺；连铸工艺采用CaO‑SiO₂系低熔点钢渣熔钢；采用Si+Al脱氧技术；精炼过程采用完全扒渣作业、曝气时间为12min，静置时间＞30min；中间包增加气幕挡墙；退火酸洗步骤包括中性盐电解段和混酸酸洗段。本发明的有益效果是通过组成成分的合理设计和生产工艺的确定得到具有优良耐热疲劳性能、高温强度和抗氧化性能优秀的耐热不锈钢，具有较好的经济和社会效益。

Description

一种耐热不锈钢的制备方法

技术领域

本发明属于不锈钢冶炼技术领域，尤其涉及一种耐热不锈钢的制备方法。

背景技术

近年来，人们对地球环境友好问题的关注度不断提高，为了适应资源节约、环境友好的国际化趋势，对发动机排气系统零部件提出了更高的要求：一方面是提高热效率，减少废气排放，另一方面是减轻汽车自身重量，提高行驶速度。随着环境压力日趋严峻，2001年至2019年，中国国家汽车尾气排放标准从国Ⅰ逐步上升到Ⅵ，对汽车尾气排放标准更趋严格，随着国Ⅵ标准的实施，后期生产的车型对尾气排放要求更高。汽车排气管热端包括排气歧管、前部管、波纹管和催化转化器，温度在600℃以上，因此热端用不锈钢主要考虑不锈钢的耐热疲劳性、高温强度和高温抗氧化性等高温性能。随着发动机温度逐步提高，对热端不锈钢耐高温性能提出极大挑战，普通耐热钢已经不能满足要求。对于国内的汽车生产厂家而言，急需探寻一种既有优良耐热疲劳性能、高温强度和抗氧化性能优秀，又相对价格比较便宜的新材料，来替代普通耐热钢的使用，以求达到经济、环保又耐用的目的。奥氏体耐热不锈钢具有较强的耐热性能、成型性能，适用于汽车发动机高温环境及加工复杂的部件上使用。目前国内市场主要为南非进口的EN1.4828不锈钢，该不锈钢种已知公开的技术仅为组分取值范围，国内仅太钢、宝钢有少量测试生产，但表面品质、生产稳定性及产品使用寿命与EN1.4828不锈钢有较大差距。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种耐热不锈钢的制备方法，通过组成成分的合理设计和生产工艺的确定得到具有优良耐热疲劳性能、高温强度和抗氧化性能优秀，价格又相对便宜的耐热不锈钢，替代普通耐热钢及进口EN1.4828不锈钢，具有较好的经济和社会效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种耐热不锈钢的制备方法，其特点是包括以下步骤：将所述耐热不锈钢的各原料进行钢水冶炼、退火酸洗步骤；

所述钢水冶炼步骤包括：EAF电炉原料投入阶段管控，原料配比为STS+普碳钢+ChCr+纯NI，确保P≤0.025％；AOD氩氧脱碳精炼；采用预脱硫熔汤脱硫工艺；连铸工艺采用CaO-SiO₂系低熔点钢渣熔钢；采用Si+Al脱氧技术；精炼过程采用完全扒渣作业、曝气时间为12min，静置时间＞30min；中间包增加气幕挡墙；

所述退火酸洗步骤中酸洗段包括中性盐电解段和混酸酸洗段，所述中性盐电解段包括电解1#罐电解→电解2#罐电解→1#刷辊组刷洗→电解3#罐电解→2#刷辊组刷洗→3#刷辊组刷洗；所述电解1#罐电解、电解2#罐电解和电解3#罐电解采用Na2SO4溶液进行作业，工艺参数为比重1.20±0.05，pH5.0±1.0，温度75±5℃，电流6000±200A；所述1#刷辊组刷洗和2#刷辊组刷洗的工艺参数均包括电流84±10A，转速950±200rmp，负载3mm，刷毛材质为金刚砂；所述3#刷辊组刷洗的工艺参数包括电流15.3±5A，转速600±200rmp，负载1.5mm，刷毛材质为尼龙；所述混酸酸洗段包括混酸1#酸洗→混酸2#酸洗→混酸3#酸洗→4#刷辊组刷洗；所述混酸1#酸洗、混酸2#酸洗和混酸3#酸洗的工艺参数均包括：HNO380±10g/L,HF 15±3g/L，温度55±5℃，金属离子浓度≤40g/L；所述4#刷辊组刷洗的工艺参数包括电流15.3±5A，转速600±200rmp，负载1.5mm，刷毛材质为尼龙。

更进一步地，所述耐热不锈钢的各原料按质量百分比计包括：C：0.02-0.06％，Si：1.6-2.0％，Mn：1.0-1.5％，P：≤0.035％，S：≤0.001％，Cr：19.0-20.0％，Ni：11.0-12.0％，N：≤0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质。

更进一步地，所述耐热不锈钢的各原料按质量百分比计包括：C：0.04％，Si：1.9％，Mn：1.25％，P：≤0.03％，S：≤0.001％，Cr：19.2％，Ni：11.4％，N：0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质；所述耐热不锈钢的使用温度≤1000℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是

1.成份设计，本发明在低C的情况下增加Si和Cr含量，其耐疲劳性能、高温强度和抗氧化性能、耐高温腐蚀优秀,最大应用温度1000℃且焊接性能、加工性优秀。成份设计时考虑加工性及Si元素耐热性、高温强度等有利特性，合理配比C、Si、Mn、Cr、N之间的关系，得出最优化成份。

2.酸洗改良，本发明不锈钢含有较高成分的Si，表面氧化膜层较致密，现有混酸酸洗难以去除，针对该特性在现有工艺基础上提高中性盐电流疏松其表面氧化层，同时利用较高强度刷辊对表面进行二次处理，合理控制刷毛硬度保证刷洗效果的同时不损伤表面，确保了酸洗品质。

3.在AOD工艺基础上，合理的设计冶炼方案及刷辊材料，设备投资少，可实现EN1.4828材同水准质量，实现经济最大化效应。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是按照YS结果制作的耐热不锈钢与EN1.4828随温度变化关系图。

图2是按照TS结果制作的耐热不锈钢与EN1.4828随温度变化关系图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

一种耐热不锈钢的制备方法，其特点是包括以下步骤：所述耐热不锈钢的各原料按质量百分比计包括：C：0.04％，Si：1.9％，Mn：1.25％，P：≤0.03％，S：≤0.01％，Cr：19.2％，Ni：11.4％，N：0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质；所述耐热不锈钢的使用温度≤1000℃；将所述耐热不锈钢的各原料进行钢水冶炼、退火酸洗步骤；

本发明的工艺步骤具有如下优点：1.为确保纯净度，在EAF电炉原料投入阶段进行管控，原料配比为STS+普碳钢+ChCr+纯NI，确保P≤0.025％，确保原料的高品质，避免有害元素及夹杂物带入。2.采用预脱硫熔汤脱硫技术，AOD装入S负荷下降，作业碱度下降，熔钢中Al氧化物降低及连铸CaO-SiO₂系低熔点钢渣，为防止Al₂O₃，减少铝来源的方法使得夹杂物物性改变；3.采用Si+Al脱氧技术，减少了Al对夹杂及焊接性能的影响；4.对精炼完全扒渣作业、曝气时间12min，静置时间＞30min。确保确保夹杂物分析浮上充分、中间包增加气幕挡墙，促进中间包夹杂上浮去除等技术，有效减少了夹杂物数量。

所述退火酸洗步骤中酸洗段包括中性盐电解段和混酸酸洗段，所述中性盐电解段包括电解1#罐电解→电解2#罐电解→1#刷辊组刷洗→电解3#罐电解→2#刷辊组刷洗→3#刷辊组刷洗；所述电解1#罐电解、电解2#罐电解和电解3#罐电解采用Na₂SO₄溶液进行作业，工艺参数如表1所示；所述1#刷辊组刷洗和2#刷辊组刷洗、3#刷辊组刷洗、4#刷辊组刷洗的工艺参数如表3所示；所述混酸酸洗段包括混酸1#酸洗→混酸2#酸洗→混酸3#酸洗→4#刷辊组刷洗；所述混酸1#酸洗、混酸2#酸洗和混酸3#酸洗的工艺参数如表2所示。

表1

表2

表3

将实施例1得到的耐热不锈钢与EN1.4828不锈钢进行机械性能对比得表4。

表4

将实施例1得到的耐热不锈钢与EN1.4828不锈钢进行Limiting Drawing Ratio(LDR)极限拉延比，得表5。

表5

样品	LDR
		实施例1	2.12
EN1.4828	2.04

将实施例1得到的耐热不锈钢与EN1.4828不锈钢进行埃里克森杯突试验，得到表6。

表6

Erichsenheight(mm)	1	2	3	4	5	平均
							实施例	13.35	13.37	13.36	13.42	13.31	13.36
EN1.4828	13.62	13.60	13.57	13.60	13.59	13.60

将实施例1得到的耐热不锈钢与EN1.4828不锈钢进行Hole Expansion Test扩孔试验，得到表7。

表7

将实施例1得到的耐热不锈钢与EN1.4828不锈钢进行Mechanical PropertiesatElevated Temperatures高温环境机械性能测试，YS(MPa)得如下表8。表8

按照YS(MPa)结果制作的耐热不锈钢与EN1.4828随温度变化关系如图1所示。

将实施例得到的耐热不锈钢与EN1.4828不锈钢进行Mechanical PropertiesatElevated Temperatures高温环境机械性能测试，TS(MPa)得表9。

表9

按照TS(MPa)结果制作的耐热不锈钢与EN1.4828随温度变化关系如图2所示。

将实施例1得到的耐热不锈钢与EN1.4828不锈钢进行Oxidation ResistanceatElevated Temperature高温抗氧化性能，试验内容包括：1.等温氧化:温度1000度,400小时(16日16小时)；2.反复氧化:温度1100度,200次(27小时)，循环进行加热4min→空冷4min；3.高温盐腐蚀:温度800℃,10cycle(23小时),循环进行加热2小时→空冷5min→盐水(26％)浸泡5min→大气5min；得到表10所示测试结果。

表10

由以上测试结果可知，本发明提供的耐热不锈钢通过组成成分的合理设计和生产工艺的确定得到具有优良耐热疲劳性能、高温强度和抗氧化性能优秀，替代普通耐热钢及进口EN1.4828不锈钢，具有较好的经济和社会效益。

实施例2

在上述耐热不锈钢个原料组成的基础上，耐热不锈钢的各原料按质量百分比计还可以包括：C：0.02-0.06％，Si：1.6-2.0％，Mn：1.0-1.5％，P：≤0.035％，S：≤0.001％，Cr：19.0-20.0％，Ni：11.0-12.0％，N：≤0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims

1.一种耐热不锈钢的制备方法，其特征在于包括以下步骤：所述耐热不锈钢的各原料按质量百分比计包括：C：0.02-0.06%，Si：1.6-2.0%，Mn：1.0-1.5%，P：≤0.035%，S：≤0.001%，Cr：19.0-20.0%，Ni：11.0-12.0%，N：≤0.06%，其余为Fe和不可避免的杂质；将所述耐热不锈钢的各原料进行钢水冶炼、退火酸洗步骤；

所述钢水冶炼步骤包括：EAF电炉原料投入阶段管控，原料配比为STS+普碳钢+ChCr+纯Ni，确保P≤0.025%；AOD氩氧脱碳精炼；采用预脱硫熔汤脱硫工艺；连铸工艺采用CaO-SiO₂系低熔点钢渣熔钢；采用Si+Al脱氧技术；精炼过程采用完全扒渣作业、曝气时间为12min，静置时间＞30min；中间包增加气幕挡墙；

所述退火酸洗步骤中酸洗段包括中性盐电解段和混酸酸洗段，所述中性盐电解段包括电解1#罐电解→电解2#罐电解→1#刷辊组刷洗→电解3#罐电解→2#刷辊组刷洗→3#刷辊组刷洗；所述电解1#罐电解、电解2#罐电解和电解3#罐电解采用Na₂SO₄溶液进行作业，工艺参数为比重1.20±0.05，pH5.0±1.0，温度75±5℃，电流6000±200A；所述1#刷辊组刷洗和2#刷辊组刷洗的工艺参数均包括电流84±10A，转速950±200rpm，负载3mm，刷毛材质为金刚砂；所述3#刷辊组刷洗的工艺参数包括电流15.3±5A，转速600±200rpm，负载1.5mm，刷毛材质为尼龙；所述混酸酸洗段包括混酸1#酸洗→混酸2#酸洗→混酸3#酸洗→4#刷辊组刷洗；所述混酸1#酸洗、混酸2#酸洗和混酸3#酸洗的工艺参数均包括：HNO₃ 80±10g/L,HF 15±3g/L，温度55±5℃，金属离子浓度≤40g/L；所述4#刷辊组刷洗的工艺参数包括电流15.3±5A，转速600±200rpm，负载1.5mm，刷毛材质为尼龙。

2.根据权利要求1所述一种耐热不锈钢的制备方法，其特征在于：所述耐热不锈钢的各原料按质量百分比计包括：C：0.04%，Si：1.9%，Mn：1.25%，P：≤0.03%，S：≤0.01%，Cr：19.2%，Ni：11.4%，N：0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质；所述耐热不锈钢的使用温度≤1000℃。