一种改善超级奥氏体不锈钢热塑性的方法技术

本发明专利技术属于超级奥氏体不锈钢冶炼与加工领域，提供一种改善超级奥氏体不锈钢热塑性的方法。本方法适用于冶炼C：≤0.02％、Si：≤0.5％、Mn：2.0～4.0％、Cr：24.0～25.0％、Ni：21.0～23.0％、Mo：7.0～8.0％、Cu：0.3～0.6％、N：0.45～0.55％、S：≤0.005％、P：≤0.03％，余量为Fe及其他不可避免杂质元素的超级奥氏体不锈钢，在此基础上钢中加入0.01～0.10％的稀土和0.001～0.008％的硼。其特征在于：配料、装料；抽真空至5Pa以下通电升温；熔清后通入氮气至0.08～0.10MPa，依次加入氮化铬、脱氧剂和脱硫剂；深脱氧和脱硫后，依次加入稀土和硼；再次充氮气至0.10～0.12MPa，浇铸。其优点是采用复合添加硼和稀土的方式，显著改善了钢的热塑性，为提升钢的热加工性能、突破热轧开裂的技术瓶颈、获得高表面质量且性能优异的超级奥氏体不锈钢产品提供了技术保障。

【技术实现步骤摘要】
一种改善超级奥氏体不锈钢热塑性的方法
本专利技术属于超级奥氏体不锈钢冶炼与加工领域，具体涉及一种复合添加硼和稀土改善超级奥氏体不锈钢热塑性的方法。技术背景超级奥氏体不锈钢是一种合金含量(铬、钼、镍、氮等)显著高于普通奥氏体不锈钢的奥氏体合金，在海水、高浓度氯离子介质等极端恶劣的服役环境中具有优异的耐点蚀、耐缝隙腐蚀和耐应力腐蚀性能，被广泛应用于海水脱盐处理系统、纸浆漂白系统、湿法冶金设备等领域。然而高的合金含量使该类钢高温变形抗力显著增大，热塑性急剧变差，在热加工过程中极易开裂，尤其是边裂十分严重。此外，钢中硫含量也是影响超级奥氏体不锈钢热塑性的关键因素。因为硫原子易在晶界偏聚形成低熔点的硫化物，降低晶界的强度，严重恶化钢的热加工性能。因此，采用合理的措施改善超级奥氏体不锈钢热塑性，突破其热裂纹的技术瓶颈成为该类钢生产过程中的关键环节。在奥氏体不锈钢中加入微量硼能显著改善其热塑性。首先，硼和硫都是晶界偏聚倾向很强的元素，但在相同温度下，硼的扩散系数更大，因此在冷却过程中硼优先扩散到晶界，占据偏聚位置，抑制硫原子在晶界的偏析，大幅降低硫对热塑性的危害。其次，硼在晶界偏聚能提高晶界的强度，抑制晶界处显微空洞的形成及扩展。此外，硼作为间隙原子，还能显著促进热变形过程动态再结晶的发生，有效改善钢的热塑性。然而，当硼的加入量过高时，在钢中会形成低熔点的硼化物，恶化钢的热加工性能。向奥氏体不锈钢中加入稀土同样能提高其热加工性能。稀土能净化晶界，抑制硫元素在晶界的偏聚，从而消除了塑性低凹区，改善热加工性能。稀土在晶界上偏聚，占据晶界中的空位和畸变区，增大晶界结合力并且降低晶界扩散速度，使晶界滑动受到阻碍，从而细化晶粒，减缓了晶界裂纹的萌生和扩展。钢中添加适量稀土后，夹杂物尺寸大幅减小，分布更加均匀，形貌为球状或近似球状，熔点升高、硬度降低，这些特征也有助于提高钢的热塑性。但加入过量稀土时，钢中会出现较大尺寸的稀土夹杂物，又会恶化钢的性能。加入适量的硼和稀土能显著改善超级奥氏体不锈钢的热塑性，有效解决热加工开裂难题，切实提高产品质量。但合理控制硼和稀土的加入量、加入方式和加入时机，对于更好地实现其改善热塑性的作用、获得高表面质量的超级奥氏体不锈钢产品至关重要。
技术实现思路
本专利技术提供了一种复合添加硼和稀土改善超级奥氏体不锈钢热塑性的方法，适用于冶炼目标钢种成分重量百分比为：C：≤0.02％、Si：≤0.5％、Mn：2.0～4.0％、Cr：24.0～25.0％、Ni：21.0～23.0％、Mo：7.0～8.0％、Cu：0.3～0.6％、N：0.45～0.55％、S：≤0.005％、P：≤0.03％，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素。为了更好的发挥硼和稀土元素改善超级奥氏体不锈钢热塑性的作用，首先对钢液进行深脱氧和脱硫处理，待钢中氧、硫含量控制到较低水平后，向钢液中加入硼和稀土进行微合金化。合理控制硼和稀土的加入量，利用硼和稀土元素的协同作用净化晶界、强化晶界、细化晶粒并变性有害夹杂物，改善超级奥氏体不锈钢的热塑性，从而获得高表面质量、性能优异的超级奥氏体不锈钢产品。本专利技术为一种复合添加硼和稀土改善超级奥氏体不锈钢热塑性的方法，包括如下具体步骤：(1)配料与装料：依据目标钢种的元素成分，计算所需原料的重量，配制冶炼原料，原料种类为：工业纯铁、金属铬、金属钼、金属镍、电解铜、金属锰、工业硅、氮化铬、电解铝、镍镁合金、稀土和硼，其中稀土的质量百分数为：0.01～0.10％，硼的质量百分数为：0.001～0.008％；将工业纯铁、金属铬、金属钼、金属镍、电解铜、金属锰、工业硅放入真空感应炉的坩埚中，将氮化铬、电解铝、镍镁合金、稀土和硼置于加料仓中；(2)熔炼：将炉内抽真空至5Pa以下，通电升温开始熔炼；(3)氮合金化及脱氧、脱硫：待坩埚内的物料熔清后立即充入0.08～0.10MPa的氮气，并加入氮化铬进行氮合金化，然后加入电解铝和镍镁合金进行深脱氧和脱硫处理；(4)稀土和硼微合金化：待脱氧和脱硫处理完毕后，向钢液中依次加入稀土和硼进行微合金化；(5)浇铸：向真空感应炉再次充入氮气至0.10～0.12MPa进行浇铸；浇铸结束后，冷却，破真空取出铸锭。在步骤(4)中，作为优选，硼的加入量控制在占冶炼原料质量百分数：0.002～0.006％。在步骤(4)中，作为优选，稀土的加入量控制在占冶炼原料质量百分数：0.03～0.07％。进一步地，所述的稀土为稀土铈、稀土镧或稀土镧铈的混合物。本专利技术的有益效果为：(1)通过复合添加硼和稀土元素，达到了净化晶界、强化晶界、细化晶粒、变性夹杂物等效果，显著改善了超级奥氏体不锈钢的热塑性。(2)在进行硼和稀土微合金化前，先对钢液进行深脱氧和脱硫处理，能更好地发挥硼和稀土协同改善钢热塑性的作用。(3)钢中最终氧和硫的含量(质量百分数)控制在：O≤0.002％，S≤0.0015％，实现了超级奥氏体不锈钢的高纯净度冶炼。本专利技术提出了一种更为合理、高效的改善不锈钢热塑性的方法，为提升超级奥氏体不锈钢热加工性能、突破热轧开裂的技术瓶颈、获得高表面质量且性能优异的超级奥氏体不锈钢产品提供技术保障。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施例对本专利技术的方案进一步描述。应当指出本专利技术的具体实施方式不局限于下述的实施例。本专利技术所举实施例中，冶炼设备为200kg真空感应炉，装炉量为160kg，冶炼钢种为超级奥氏体不锈钢24.5Cr22Ni7.3Mo0.5N，其成分控制范围及控制目标如表1所示，所用冶炼原料的主要成分如表2所示。表1超级奥氏体不锈钢24.5Cr22Ni7.3Mo0.5N成分控制范围及控制目标(wt％)表2冶炼原料主要成分(wt％)具体步骤如下：(1)配料与装料：依据目标钢种的元素成分，计算所需原料的重量，配制冶炼原料，计算得到冶炼一炉超级奥氏体不锈钢24.5Cr22Ni7.3Mo0.5N所需原料重量如表3所示，脱氧剂加入量分别为电解铝69g，镍镁合金160g。将工业纯铁、金属铬、金属钼、金属镍、电解铜、金属锰、工业硅放入真空感应炉的坩埚中，将氮化铬、电解铝、镍镁合金、稀土铈和硼铁合金置于加料仓中。表3冶炼一炉超级奥氏体不锈钢24.5Cr22Ni7.3Mo0.5N需要原料的重量(kg)原料种类工业硅金属锰金属铬金属镍金属钼电解铜氮化铬工业纯铁加入量0.565.1632.9535.a0711.680.807.48余量(2)熔炼：将炉内抽真空至3Pa，通电升温至炉料全部熔化。(3)氮合金化及脱氧、脱硫：待坩埚内的物料熔清后立即充入0.09MPa的氮气，并加入氮化铬进行氮合金化，然后加入电解铝和镍镁合金进行深脱氧和脱硫处理。(4)硼和稀土微合金化：待脱氧和脱硫处理完毕后，向钢液中依次加入稀土铈和硼铁合金进行微合金化，加入量如表4所示。表4硼铁合金和稀土铈的加入量(g)原料种类硼铁合金稀土铈实施例119560实施例238400实施例357240对比例00(5)浇铸：再次向真空感应炉充入氮气至0.10MPa进行浇铸；浇铸结束后，冷却，破真空取出铸锭。表5为冶炼所得超级奥氏体不锈钢24.5Cr22Ni7.3Mo0.5N的化学成分，可以看出硼和稀土的收得率稳定，加入硼和稀土后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善超级奥氏体不锈钢热塑性的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：(1)配料与装料：依据目标钢种的元素成分，计算所需原料的重量，配制冶炼原料，原料种类为：工业纯铁、金属铬、金属钼、金属镍、电解铜、金属锰、工业硅、氮化铬、电解铝、镍镁合金、稀土和硼，其中稀土的质量百分数为：0.01～0.10％，硼的质量百分数为：0.001～0.008％；将工业纯铁、金属铬、金属钼、金属镍、电解铜、金属锰、工业硅放入真空感应炉的坩埚中，将氮化铬、电解铝、镍镁合金、稀土和硼置于加料仓中；(2)熔炼：将炉内抽真空至5Pa以下，通电升温开始熔炼；(3)氮合金化及脱氧、脱硫：待坩埚内的物料熔清后立即充入0.08～0.10MPa的氮气，并加入氮化铬进行氮合金化，然后加入电解铝和镍镁合金进行深脱氧和脱硫处理；(4)稀土和硼微合金化：待脱氧和脱硫处理完毕后，向钢液中依次加入稀土和硼进行微合金化；(5)浇铸：向真空感应炉再次充入氮气至0.10～0.12MPa进行浇铸；浇铸结束后，冷却，破真空取出铸锭。

【技术特征摘要】
1.一种改善超级奥氏体不锈钢热塑性的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：(1)配料与装料：依据目标钢种的元素成分，计算所需原料的重量，配制冶炼原料，原料种类为：工业纯铁、金属铬、金属钼、金属镍、电解铜、金属锰、工业硅、氮化铬、电解铝、镍镁合金、稀土和硼，其中稀土的质量百分数为：0.01～0.10％，硼的质量百分数为：0.001～0.008％；将工业纯铁、金属铬、金属钼、金属镍、电解铜、金属锰、工业硅放入真空感应炉的坩埚中，将氮化铬、电解铝、镍镁合金、稀土和硼置于加料仓中；(2)熔炼：将炉内抽真空至5Pa以下，通电升温开始熔炼；(3)氮合金化及脱氧、脱硫：待坩埚内的物料熔清后立即充入0.08～0.10MPa的氮气，并加入氮化铬进行氮合金化，然后加入电解铝和镍镁合金进行深脱氧和脱硫处理；(4)稀土和硼微合金化：待脱氧和脱硫处理完毕后，向钢液中依次加入稀土和硼进行微合金化；(5)浇铸：向真空感应炉再次充入氮气至0.10～0.12MPa进行浇铸；浇铸结束后，冷却，破真空取出铸锭。2.根据权利要求1所述的一种改善超级奥氏体不锈钢热塑性的方法，其特征在于，所述目标钢种成分质量百分比为：C：≤0.02％、Si：≤0.5％、Mn：2.0～4.0％、Cr：...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜周华，张树才，李花兵，冯浩，张彬彬，朱红春，苑胜龙，范思鹏，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21