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SUS405是一種低合金耐熱鐵素體不銹鋼,屬環(huán)保節(jié)能型鋼鐵材料,可用于鍋爐和環(huán)保設(shè)備以及石化行業(yè)抗高溫硫腐蝕設(shè)備的制造,代替部分奧氏體不銹鋼,因其價格優(yōu)勢,具有一定的市場前景。
鋁作為SUS405的合金化元素保證鋼種的耐熱性,為保證鋁的收得率,就要提高鋼水的氧含量要求,以及解決連鑄過程可能引起的水口“結(jié)魚”等問題。SUS405從冶煉到連鑄生產(chǎn)工藝方面的文獻(xiàn)報道較少,因此開發(fā)利用GOR爐+LF爐工藝低成本冶煉SUS405耐熱鐵素體不銹鋼,具有重要的現(xiàn)實意義。
根據(jù)鋼種特點,結(jié)合裝備條件,對SUS405的生產(chǎn)工藝進行了如下設(shè)計:高爐鐵水→“三脫”站處理→GOR爐冶煉→鋁合金化→LF爐精煉→全程保護澆鑄。
為保證鋼的力學(xué)性能和耐熱性能,SUS405耐熱鐵素體不銹鋼熔煉成分設(shè)計如表1所示,對碳氮含量、鋁含量、夾雜物控制水平要求高,冶煉工藝條件苛刻。必須解決的問題有:低碳氮不銹鋼冶煉的實現(xiàn)及成本控制;低碳氮不銹鋼的脫氧、夾雜物控制;成品鋁含量的保證等。
SUS405采用全鐵水冶煉,冶煉前期,由于鐵水含碳量較高,供氧強度是碳氧反應(yīng)的限制環(huán)節(jié),因此提高頂槍供氧強度,逐步調(diào)整槍位,快速脫碳升溫,為后續(xù)低碳區(qū)脫碳提供合適的溫度,同時縮短冶煉周期。當(dāng)碳含量脫至目標(biāo)值,溫度合適后,停止頂吹,繼續(xù)底吹吹煉。
在確保生產(chǎn)節(jié)奏的前提下,脫碳后期,增加一個脫碳子階段以進行超低碳區(qū)脫碳,適當(dāng)提高該階段的氧氬比,在脫碳的同時避免鉻元素的大量氧化,脫碳目標(biāo)控制為[C]≤0.05%,下表2為優(yōu)化的GOR爐冶煉SUS405的參考供氣模型。
SUS405碳含量約為0.03%,根據(jù)碳氧平衡原理勢必造成鋼水中氧含量比一般不銹鋼高(普通不銹鋼[C]約0.05%),鋁作為該鋼種重要的合金化元素,對鋼中氧含量要求極高,必須實現(xiàn)深脫氧,否則鋁合金化時,容易產(chǎn)生高熔點的鎂鋁尖晶石夾雜物,不僅影響鋼水澆注,還易在后續(xù)軋制鋼帶的表面產(chǎn)生缺陷。
SUS405鋼種僅靠硅鐵脫氧,不僅增加成本,而且增加渣量,降低爐渣堿度,弱化去除夾雜的能力。采用硅、鋁復(fù)合脫氧并扒除還原渣,不僅能完成深脫氧而且還能盡可能的避免Al2O3、MgO·A2O3等高熔點夾雜物對鋼水的污染。
鋁具有極強的還原性,高溫易氧化,為保證鋁的收得率,經(jīng)試驗最終采用GOR出鋼前在鋼包加入鋁,鋼水終點氧含量≤15ppm的情況下,鋁的收得率約為65%,但因不銹鋼LF精煉及弱吹氬時間長,存在鋼中鋁含量隨時間降低的情況,若LF精煉后期鋼中鋁含量低,由于鋼包渣層較厚,很難通過加鋁?;蛭逛X線等方式提高鋁含量,所以在出鋼合金化時一定要充分考慮出鋼至開澆時間,保證最終的鋁含量。
連鑄工藝控制方面,采用全程保護澆注,單獨組織生產(chǎn)。大包至中間包采用長水口并進行氬封保護澆注,要求長水口插入中間包鋼水中≥100mm,必須垂直于剛液面。其作用是把主流與空氣隔開,避免鋼水裸露和飛濺造成二次氧化,減少鋼中增氧和溫度損失。中間包內(nèi)加覆蓋劑使鋼水與空氣隔離,并起到吸附夾雜和隔熱保溫的作用。結(jié)晶器加入專用保護渣,同樣起到保溫和防止二次氧化的作用,良好的保護渣是鑄坯表面質(zhì)量的前提。
試制鑄坯斷面規(guī)格為200×1520mm,對其內(nèi)部質(zhì)量進行檢測分析。按照GB/T266-2015要求,進行取樣,保證是試樣檢驗面的粗糙度,按照標(biāo)準(zhǔn)中的熱酸侵蝕法對所取低倍試樣進行侵蝕,低倍組織如下圖1所示。根據(jù)YB/T4003-1997對低倍組織進行評定,中間裂紋0級,中心偏析C0.5級,中心疏松0.5級,等軸晶粒46%,鑄坯內(nèi)部質(zhì)量控制較好。
采用GOR爐+LF爐工藝開發(fā)的SUS405耐熱鐵素體不銹鋼,工藝簡單,成本低廉,產(chǎn)品純凈度高,成分穩(wěn)定,最終產(chǎn)品各項指標(biāo)符合要求,該工藝具備批量穩(wěn)定生產(chǎn)SUS405的能力,具有推廣價值。
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