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CN114015935A - 一种含砷奥氏体不锈钢及其冶炼方法 - Google Patents

一种含砷奥氏体不锈钢及其冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于奥氏体不锈钢领域，一种工业用含砷奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分比为：C：0.01～0.05%，Si：0.30～1.20%，Mn：0.50～2.50%，P:≤0.045%，S:≤0.030%，Cr：18.0～20.0%，Ni：8.0～13.0%，N：0.02～0.10%，As：0.01～0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质；其获得的钢带在室温（25℃）下的抗拉强度（Rm）为500～800MPa，屈服强度（Rp0.2）为180～400MPa，伸长率（A）为40～80%。本钢种充分利用砷镍共生的镍铁资源，减少镍铁去除砷元素的分离工作，降低含砷镍铁焙烧过程所产生的碳排放，对环境保护以及减少碳排放具有很重要意义。

Description

一种含砷奥氏体不锈钢及其冶炼方法
技术领域
本发明属于奥氏体不锈钢领域，具体涉及一种具备优良性能的工业用含砷奥氏体不锈钢以及其冶炼方法。
背景技术
砷元素（As）的熔点较低，为817℃，在613℃即可不经液态直接升华。砷主要来源是废钢,由于砷的氧化位能比铁低,所以在炼钢过程中不但不易去除,而且会有所富集,并随着废钢的循环使用,逐渐累积在钢中,所以被称为“残存有害元素”。随着近年不锈钢市场的回升及镍价的波动, 炼钢所需低价镍合金资源紧张,为此如何降低奥氏体不锈钢成本成为企业提高竞争力和降低成本的必然，为此，如何利用低价高砷镍合金成为一种需求。由于含砷镍铁资源量大，但有害元素砷含量高达0.1%以上，如不去除对奥氏体的不锈钢带来巨大危害；如果去除，需经过长时间焙烧，需要产生大量气体排放，对环境造成损害，故开发一种工业用含砷奥氏体不锈钢即可降低生产成本，又可以减少碳排放对环境造成的影响。
发明内容
本发明的目的就是针对上述问题，提供一种含砷奥氏体不锈钢及其冶炼方法。
本发明的目的是这样实现的：一种含砷奥氏体不锈钢，含砷奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分比为： C：0.01～0.05%，Si：0.30～1.20%，Mn：0.50～2.50%，P: ≤0.045%，S:≤0.030%， Cr：18.0～20.0%，Ni：8.0～13.0%，N：0.02～0.10%，As：0.01～0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步的讲，含砷奥氏体不锈钢钢带在室温下的抗拉强度为500～800MPa，屈服强度为180～400MPa，伸长率为40～80%。
一种含砷奥氏体不锈钢的冶炼方法，包括以下步骤：
（1）冶炼：采用电炉熔化合金，AOD炉进行精炼，在AOD炉兑入电炉合金溶液后，加入含砷镍铁As：0.10～0.50%,Ni：15.0%～30.0%进行冶炼，依据合金中砷元素含量，收得率按100%计算，出炉钢液各成分重量百分比为C：0.01～0.05%，Si：0.30～1.20%，Mn：0.50～2.50%，P: ≤0.045%，S: ≤0.030%，Cr：18.0～20.0%，Ni：8.0～13.0%，N：0.02～0.10%，As：0.01～0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质。
（2）铸钢：将钢水铸成钢坯。
（3）热轧：将钢坯加热完成热轧，轧制总变形量92%～98%，热轧后卷取冷却。
（4）冷轧：热轧卷采用连续退火、酸洗后，经冷轧到目标厚度，再经过连续退火、酸洗方式完成最终性能调整。
进一步的讲，所述的冶炼采用“电炉+AOD+LF”的生产工艺路线。
本发明的有益效果是：1）本发明设计一种含砷奥氏体不锈钢，拓展了含镍合金的使用资源，使得含有有害元素的镍铁合金得以利用，并控制砷元素含量在可利用范围，满足了奥氏体钢的工业使用要求。
2）本发明提供了一种在AOD炉进行含砷镍铁合金化冶炼的方法，减少为去除砷元素，进行长时间含砷镍铁的焙烧工艺，降低了碳排放对环境造成损害。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种含砷奥氏体不锈钢及其冶炼方法，充分利用砷镍共生的镍铁资源，即可降低生产成本，又可以减少镍铁去除砷元素的分离工作，降低含砷镍铁焙烧过程所产生的碳排放，保护我们的自然环境。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种低成本含砷奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分比为： C：0.01～0.05%，Si：0.30～1.20%，Mn：0.50～2.50%，P: ≤0.045%，S: ≤0.030%， Cr：18.0～20.0%，Ni：8.0～13.0%，N：0.02～0.10%，As：0.01～0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质。
获得的钢带具有在室温（25℃）下的抗拉强度（Rm）为500～800MPa，屈服强度（Rp0.2）为180～400MPa，伸长率（A）为40～80%。
本发明成分设计思路，通过在奥氏体不锈钢中增加As元素，利用低成本的含砷镍铁（As：0.10～0.50%,Ni：15.0～30.0%）替代镍铁（有害元素含量为痕量）或纯镍在AOD进行合金化操作，在满足产品性能要求情况下，最大限度利用其低成本优势，生产出一种工业用含砷奥氏体不锈钢。
具体地，在本发明的成分设计中：
As：砷元素（As）的熔点较低，为817℃，在613℃即可不经液态直接升华。一般情况砷主要来源是废钢,由于砷的氧化位能比铁低,所以在炼钢过程中不但不易去除,而且会有所富集,并随着废钢的循环使用,逐渐累积在钢中,所以被称为“残存有害元素”。为此，我们通过试验验证，砷（As）元素控制在：0.01～0.05%，既能保证最大限度利用含砷镍铁，又可保证产品性能满足要求。
其他元素：成分设计以满足在室温下（25℃）的抗拉强度（Rm）为500～800MPa，屈服强度（Rp0.2）为180～400MPa，伸长率（A）为40～80%的力学性能及奥氏体钢耐蚀性要求为宜。
本发明的含砷奥氏体不锈钢的冶炼方法，包括如下步骤：
1）冶炼
冶炼工艺流程：电炉-AOD-LF。
在AOD炉兑入合金溶液后加入含砷镍铁（As：0.10-0.50%，Ni：15.0%～30.0%），依据合金中砷元素含量，收得率按100%计算，出AOD炉钢液成分中砷元素含量控制在0.01%～0.05%。
2）铸钢
将钢水铸成钢坯。
3）热轧
将连铸坯或铸坯加热完成热轧，轧制总变形量92%～98%，热轧后卷取冷却。
4）冷轧
热轧卷采用连续退火、酸洗后，经冷轧到目标厚度（0.3～3.0mm），再经过连续退火、酸洗方式完成最终性能调整，以满足力学性能要求。
本发明将含砷镍铁加入时间放在AOD炉，一方面有利于镍元素回收，并充分利用AOD炉的冶炼优势熔化合金，另一方面减少砷元素对前部工序的污染，有利于下一炉钢种冶炼。
本发明将AOD炉出钢钢液中砷元素含量控制在0.01～0.05%，同时考虑后期精炼还原渣以及防氧化碱性炉渣或保护剂对砷元素有少量的去除效果，足以保证成品砷元素含量满足设计要求。
实施例一
（1）冶炼：采用电炉+AOD+LF进行冶炼，AOD兑入合金溶液后加入14725kg含砷镍铁（As：0.20%，Ni：17.9%）,依据合金中砷元素含量，收得率按100%计算，出炉钢液中As的重量百分比为0.0151%。
（2）铸钢：将钢水铸成钢坯，成品各成分重量百分比为C：0.018%，Si：0.57%，Mn：1.59%， Cr：18.11%，Ni：8.01%，As：0.0147%，其余为Fe和不可避免的杂质。
（3）热轧：将钢坯加热完成热轧，轧制总变形量92%～98%，热轧后卷取冷却。
（4）冷轧：热轧卷采用连续退火、酸洗后，经冷轧到目标厚度，再经过连续退火、酸洗方式完成最终性能调整；含砷奥氏体不锈钢室温下抗拉强度为658MPa， 屈服强度为263MPa，伸长率为56%。
实施例二
（1）冶炼：采用电炉+AOD+LF进行冶炼，AOD兑入合金溶液后加入22196kg含砷镍铁（As：0.20%，Ni：17.9%）,依据合金中砷元素含量，收得率按100%计算，出炉钢液中As的重量百分比为0.0253%。
（2）铸钢：将钢水铸成钢坯，成品各成分重量百分比为C：0.042%，Si：0.52%，Mn：1.17%，Cr：18.15%，Ni：8.04%，As：0.0241%，其余为Fe和不可避免的杂质。
（3）热轧：将钢坯加热完成热轧，轧制总变形量92%～98%，热轧后卷取冷却。
（4）冷轧：热轧卷采用连续退火、酸洗后，经冷轧到目标厚度，再经过连续退火、酸洗方式完成最终性能调整；含砷奥氏体不锈钢室温下抗拉强度为729MPa，屈服强度为277MPa，伸长率为53%。
实施例三
（1）冶炼：采用电炉+AOD+LF进行冶炼，AOD兑入合金溶液后加入21515kg含砷镍铁（As：0.26%，Ni：18.1%）,依据合金中砷元素含量，收得率按100%计算，出炉钢液中As的重量百分比为0.0311%。
（2）铸钢：将钢水铸成钢坯，成品各成分重量百分比为C：0.023%，Si：0.52%，Mn：1.56%，Cr：18.14%，Ni：8.02%，As：0.0298%，其余为Fe和不可避免的杂质。
（3）热轧：将钢坯加热完成热轧，轧制总变形量92%～98%，热轧后卷取冷却。
（4）冷轧：热轧卷采用连续退火、酸洗后，经冷轧到目标厚度，再经过连续退火、酸洗方式完成最终性能调整；含砷奥氏体不锈钢室温下抗拉强度为645MPa，屈服强度为295MPa，伸长率为51%。
实施例四
（1）冶炼：采用电炉+AOD+LF进行冶炼，AOD兑入合金溶液后加入21621kg含砷镍铁（As：0.35%，Ni：17.5%）,依据合金中砷元素含量，收得率按100%计算，出炉钢液中As的重量百分比为0.0253%。
（2）铸钢：将钢水铸成钢坯，成品各成分重量百分比为C：0.042%，Si：0.48%，Mn：1.11% ，Cr：18.17%，Ni：8.08%，As：0.0223%，其余为Fe和不可避免的杂质。
（3）热轧：将钢坯加热完成热轧，轧制总变形量92%～98%，热轧后卷取冷却。
（4）冷轧：热轧卷采用连续退火、酸洗后，经冷轧到目标厚度，再经过连续退火、酸洗方式完成最终性能调整；含砷奥氏体不锈钢室温下抗拉强度为683MPa，屈服强度为286MPa，伸长率为43%。
对比例一
（1）冶炼：采用电炉+AOD+LF进行冶炼,在AOD加入纯镍合金。
（2）铸钢：将钢水铸成钢坯，成品各成分重量百分比为C：0.041%，Si：0.41%，Mn：1.14%，Cr：18.42%，Ni：8.09%，其余为Fe和不可避免的杂质。
（3）热轧：将钢坯加热完成热轧，轧制总变形量92%～98%，热轧后卷取冷却。
（4）冷轧：热轧卷采用连续退火、酸洗后，经冷轧到目标厚度，再经过连续退火、酸洗方式完成最终性能调整；室温下抗拉强度为645MPa，屈服强度为265MPa，伸长率为60%。
本发明实施例的成分如表1 所示。本发明实施例制造方法采用电炉、AOD、LF、连铸、热轧、连续退火酸洗后得产品。AOD合金加入量及出钢成分见表2所示。本发明实施例的奥氏体不锈钢力学性能如表3 所示。
对比例1使用不添加砷元素的奥氏体不锈钢作为对比
1、实施例成分控制
表1 实施例的成分/%
Figure 171536DEST_PATH_IMAGE001
2、实施例工艺生产工艺情况
表2 AOD合金加入量及钢中砷元素含量
Figure 619835DEST_PATH_IMAGE002
3、实施例的力学性能
表3 含砷奥氏体不锈钢力学性能（厚度0.5mm）
Figure 399572DEST_PATH_IMAGE003
利用含砷镍铁替代镍铁（有害元素含量为痕量）或纯镍在AOD炉进行合金化操作，最大限度降低其他镍铁资源，生产出一种工业用含砷奥氏体不锈钢；含砷奥氏体不锈钢种的化学成分重量百分比为：C：0.01～0.05%，Si：0.30～1.20%，Mn：0.50～2.50%，P: ≤0.045%，S: ≤0.030%， Cr：18.0～20.0%，Ni：8.0～13.0%，N：0.02～0.10%，As：0.01～0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质。其钢带在室温（25℃）下的抗拉强度（Rm）为500～800MPa，屈服强度（Rp0.2）为180～400MPa，伸长率（A）为40～80%。含砷奥氏体不锈钢种含砷镍铁合金化的最优冶炼工艺：在AOD冶炼前期加入含砷镍铁，依据合金中砷元素含量，收得率按100%计算，出AOD炉钢液成分中砷元素含量控制在0.01～0.03%，其成品砷元素控制0.01～0.05%。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (4)

1.一种含砷奥氏体不锈钢，其特征在于：含砷奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分比为： C：0.01～0.05%，Si：0.30～1.20%，Mn：0.50～2.50%，P: ≤0.045%，S: ≤0.030%， Cr：18.0～20.0%，Ni：8.0～13.0%，N：0.02～0.10%，As：0.01～0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种含砷奥氏体不锈钢，其特征在于：含砷奥氏体不锈钢钢带在室温下的抗拉强度为500～800MPa，屈服强度为180～400MPa，伸长率为40～80%。
3.一种含砷奥氏体不锈钢的冶炼方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）冶炼：采用电炉熔化合金，AOD炉进行精炼，在AOD炉兑入电炉合金溶液后，加入含砷镍铁，As：0.10～0.50%,Ni：15.0%～30.0%进行冶炼，依据合金中砷元素含量，收得率按100%计算，出炉钢液各成分重量百分比为C：0.01～0.05%，Si：0.30～1.20%，Mn：0.50～2.50%，P: ≤0.045%，S: ≤0.030%，Cr：18.0～20.0%，Ni：8.0～13.0%，N：0.02～0.10%，As：0.01～0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质；
（2）铸钢：将钢水铸成钢坯；
（3）热轧：将钢坯加热完成热轧，轧制总变形量92%～98%，热轧后卷取冷却；
（4）冷轧：热轧卷采用连续退火、酸洗后，经冷轧到目标厚度，再经过连续退火、酸洗方式完成最终性能调整。
4.根据权利要求2所述的一种含砷奥氏体不锈钢的冶炼方法，其特征在于：所述的冶炼采用“电炉+AOD+LF”的生产工艺路线。
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