一种大规格高氮护环钢钢锭的生产方法，其步骤包括：1)冶炼、铸造：原材料配料优化，电弧炉初炼钢液EAF+钢包炉精炼AOD，LF→模铸ICM，浇注Φ422～510mm电极；2)热装退火；3)电渣重熔成Φ660～800mm钢锭；4)取样、成分检测、探伤、电渣钢锭砂剥、尺寸、外观检查、入库。本发明专利技术方法制造的高氮护环钢钢锭，Φ660～800mm，重量高于5吨，其氮含量高于0.6wt％，且在钢锭中分布均匀，钢锭头部和尾部|[N]头-[N]尾|≤0.05wt％。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高氮钢领域，主要是一种氮含量高于0. 6 〖％且分布均匀的发电机护环钢钢锭的生产方法(钢锭规格为0 660 800mm，重量高于5吨)。
技术介绍
护环是汽轮发电机最关键的部件，也是受力最大的部件。在发电机以额定速度运转时，护环所承受的负荷是屈服极限的2/3。当机组较大时，护环的受力也因为多种原因而随之增大。由于其所起的作用及受力状态决定了护环必须有超高的强度、良好的塑韧性、无磁性及优秀的抗应力腐蚀的能力。因此人们开发出了奥氏体18Mn-18Cr-N型护环材料，目前已在200丽以上大型及超大型发电机护环上广泛使用。通过实际运用和分析发现，18Mn-18Cr-N型材料的强度等级决定了发电机机组的容量，而钢中氮含量是影响强度等级的一个最关键的因素。目前，广泛使用的18Mn-18Cr-N型钢的氮含量小于0. 6wt%，主要用于200MW的发电机组，随着大容量发电机组的开发，对氮含量高于0. 6被％的18Mn-18Cr-N型钢的需求也越来越大，而在规格上也趋于直径越来越大的趋势，目前国内也仅依靠进口(国外主要靠增压电渣重熔设备生产)，因此开发大规格(￠650 800mm)且氮含量高于0.6wt%的18Mn-18Cr_N型高氮钢护环,对于发电行业来说，已经迫在眉睫。为了得到高的氮含量，国内外厂家主要采用的方法有(邓林涛、刘志颖等，“提高18Mn-18Cr-N型护环钢中氮含量及收得率的研究大型铸锻件2002年No. 3 :5 9):前苏联采用开式感应炉法、真空电弧重熔法、等离子体电弧重熔法等等；日本采用加压感应电炉法、电炉结合真空氧脱碳和电渣重熔法(EF-VOD-ESR);欧洲采用加压电渣重熔法(PESR)；中国厂家采用电炉双联加电渣重熔法(EF-EF-ESR)。从效果看欧洲的加压电渣重熔法制备的18Mn-18Cr_N型护环钢的氮含量最高，可以达到1.2Wt%。不过，就增(加)压电渣重熔工艺制备高氮钢而言，需要投入昂贵的专用设备和专有技术，生产成本比较高，而且采用增压冶炼高氮钢，由于其动力学条件也比较复杂，氮在钢锭中的分布不容易控制。中国厂家在大规格在引进日本技术的基础上，采用10吨电炉双炉混炼、氮气保护浇注，然后再通过电渣重熔法生产的钢锭，生产的钢锭氮含量也能在0. 6wt%以上,但不能保证氮在钢锭中分布均勻，硫、磷的含量都比较高( >0.005， > 0.020)，因此也未能进入大生产。上海重型机器厂曾利用电渣重熔进行了18Mn-18Cr-N型高氮钢护环的研究。氮含量可以控制在0. 6wt %以上，锭型可达O 900，重量达到8吨。不过其用来电渣的电极棒是通过保加利亚感应炉熔炼通过反压浇铸而成(该工艺技术可以使氮含量高达0. 9mass% )，在成本上也是非常巨大，需要投入反压浇铸设备，且由于涉及到高压，因此目前在国内对于氮在0. 6wt%以上的大型钢锭的生产也未进行。在国内，大钢锭的尺寸可达0 900,但氮含量都低于0. 6wt %。存在的问题是钢锭尺寸比较大时，一方面浇注电极棒过程中氮容易析出，形成孔洞，使得电极棒在后续的电渣工序中容易产生掉块造成生产的钢锭质量不佳；另一方面，在电渣过程中由于电极截面电流分布关系，电渣熔池的温度分布也不均匀，造成氮含量也不容易控制。综上所述，目前常规高氮(氮含量低于0. 6wt% )护环钢的生产方法尚不能满足氮含量介于0. 6 0. 7wt%范围的大规格高氮护环钢组织和性能要求，而一些特别设备仍然处于实验室应用阶段或者需要昂贵的设备投资，因此迫切需要探寻一种生产成本低、工序不复杂且不需要昂贵设备投资的冶炼方法，使得氮含量介于0. 6 0. 7wt%范围的大规格高氮护环钢。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种生 产大规格(0 660 800mm，重量高于5吨)高氮护环钢钢锭的方法，满足其氮含量高于0.6wt%且在钢锭中分布均匀(钢锭头部和尾部)I 头-尾 I 彡 0. 05wt%。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是本专利技术生产大规格(0 660 800mm)高氮护环钢钢锭，钢锭中氮含量高于0. 6wt%且在钢锭中分布均匀(钢锭头部和尾部I 头_ s I ( 0. 05wt% )。本专利技术的工艺步骤是原材料配料优化一电弧炉初炼钢液EAF+钢包炉精炼A0D，LF—模铸ICM，浇注0422 510mm电极一热装退火缓冷一剥皮(车)一电渣重熔成0660 800mm钢锭一罩冷一取样一成分检测一探伤一电洛钢锭砂剥一尺寸、外观检查一入库。具体地，本专利技术方法的步骤如下6)冶炼、铸造本专利技术适用于大规格且要求钢锭头部和尾部氮含量分布均匀的高氮钢材料生产。主要针对的是氮含量高于0. 6wt%的18Mn-18Cr-N型钢的生产。钢的化学成分重量百分比为C 彡 0. 12%，Si 彡 0. 80%，Mn 18. 50 20. 00%，Cr 18. 50 20. 00%，N 彡 0. 60%。原材料配料优化本专利技术中炉料选用低磷、低硫、低钛和低铜的清洁废钢、切头等返回料，直接还原铁以及优质生铁作为金属原材料配料，具体配比为清洁废钢+直接还原铁=70-75%，优质生铁25-30%，以满足钢中Cu、Sn、As、Sb、Pb等残余元素的要求；合金高碳铬铁、电解锰、氮化铬铁和氮化锰铁；还原剂铝粒、硅铁、硅球、碳化硅；造渣剂生石灰、萤石、MgO。电弧炉初炼钢液EAF+钢包炉精炼AOD+钢包炉精炼LF+模铸ICM在20-40吨电弧炉初炼钢液EAF过程中，按一般不锈钢返回吹氧法操作,采用氮气进行底搅拌。在氧化期间进行流渣去磷，还原剂使用碳化硅、硅球和硅铁，出钢前拉清还原渣，以减少后续AOD的渣量。拉渣温度控制彡1660°C，出钢温度控制彡1630°C。在进入AOD前钢中的成分满足C ( 2. 0%,Si ( 0. 3%,Mn ( 5. 0%,P ^ 0. 02%,Crl8. 50 19. 00%。在相应吨位的钢包炉AOD精炼过程中，兑入钢水后测温取样，吹氧脱碳，并加入一定量石灰和MgO。在温度T彡1680°C时加入合金，控制Cr在17. 00 17. 50wt%。吹氧脱碳，使C含量达到0. 03 0. 04wt%。在氧化末期拉高钢液温度(T彡17000C )后降低吹氧流量，加入电解锰，控制Mn在17. 00 20. 50wt%。在预还原开始时碳控制彡0. 03wt%，炉渣碱度(Ca0/Si02)控制=I. 2-1. 3，每吨钢加入石灰7. 5 12. 5千克；预还原后进行拉渣；还原后除Cr、N外，根据成分配入合金至目标值，同时进行脱硫和脱氧；出钢时加入按每吨钢加入25 50千克氮化铬铁至钢包内。在相应吨位的钢包炉LF精炼过程中，通电升温后，调整渣子，使炉渣转白。根据取样分析结果进行微调成分，使得S ( 0. 005wt%。再加入氮化铬铁和氮化锰铁，严格控制氮含量在目标值，同时确保其它合金兀素在控制范围内后吊包。吊包温度1465 1475°C,控制上限吊包。在模铸ICM过程中，浇注0422-510mm圆电极锭，氩气保护浇注，帽口补足充分，浇毕加发热剂以及碳化稻谷保温。浇注速度控制在3 4千克/秒/支，浇注完毕后脱模温度控制在550 600°C，并热装退火。利用电弧炉初炼钢液EAF+钢本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大规格高氮护环钢钢锭的生产方法，其包括如下步骤：1)冶炼、铸造护环钢的化学成分重量百分比：C≤0.12％，Si≤0.80％，Mn18.50～20.00％，Cr18.50～20.00％，N≥0.60％，余量Fe及不可避免杂质；采用电弧炉初炼钢液EAF+钢包炉精炼AOD+钢包炉精炼LF+模铸ICM；在电弧炉初炼钢液EAF过程中，采用氮气进行底搅拌；出钢前拉清还原渣，拉渣温度控制≥1660℃，出钢温度控制≥1630℃；在进入AOD前钢中的成分满足：C≤2.0wt％，Si≤0.3wt％，Mn≤5.0wt％，P≤0.02wt％，Cr？18.50～19.00wt％；在钢包炉AOD精炼过程中，在温度T≥1680℃时加入合金，控制Cr在17.00～17.50wt％；吹氧脱碳，使C含量达到0.03～0.04wt％；在氧化末期拉高钢液温度T≥1700℃后降低吹氧流量，加入电解锰，控制Mn在17.00～20.50wt％；在预还原开始时控制C≤0.03wt％，炉渣碱度即CaO/SiO2控制在1.2～1.3，每吨钢加入石灰7.5～12.5千克；预还原后进行拉渣；还原后除Cr、N外，根据成分配入合金至目标值，同时进行脱硫和脱氧；出钢时加入按每吨钢加入25～50千克氮化铬铁至钢包内；在钢包炉LF精炼过程中，通电升温后，调整渣子，使炉渣转白。根据取样分析结果进行微调成分，使得S≤0.005wt％；再加入氮化铬铁和氮化锰铁，严格控制氮含量在目标值，同时确保其它合金元素在控制范围内后吊包，吊包温度1465～1475℃，控制上限吊包；在模铸ICM过程中，浇注Φ422？510mm圆电极锭，氩气保护浇注，帽口补足充分，浇毕加发热剂以及碳化稻谷保温。浇注速度控制在3～4千克/秒/支，浇注完毕后脱模温度控制在550～600℃，并热装退火；2)热装退火钢锭脱模后进行热装退火，退火炉起始温度550～600℃，以 30～50℃/小时的加热速度缓慢升温至650～690℃，加热保温时间15～20小时，消除钢锭表面和心部内外温度差，随后以10～20℃/小时的降温速度炉冷至100～150℃出炉，减少热应力；3)电渣重熔采用双柱双横臂交替式电渣炉，大气压条件下进行电渣重熔。由多个电极棒电渣重熔成一个电渣锭Φ660～800mm，重量高于5吨。电渣重熔选用的渣系为CaF2、Al2O3、CaO和MgO；渣系配比：CaF2∶Al2O3∶CaO∶Mg＝(55？65)∶(21？17)∶(14～20)∶(3～14)；根据电渣钢锭的重量决定所用渣量，遵循G渣＝G锭/(22～25)kg；起弧方式为：液渣起弧；化渣过程中调整电压45～55伏特和电流2500～4500安培，保证化渣时间≥40分钟，化渣完毕转换电极棒时间≤5分钟，化渣时采用石墨电极；电渣前电极棒预热到500～600℃；采用的结晶器直径为Φ660～800mm，并用同钢种引锭板进行电渣重熔；电渣重熔过程中根据结晶器的直径来选择电极棒的熔速V熔＝(0.7～0.8)D结kg/小时，并调整电压85～95伏特和电流10000～15000安培，控制电极棒的熔速；转换电极棒的时间≤5分钟；电渣重熔后期补缩封顶阶段，补缩时间控制≥90分钟；4)在补缩封顶后，电渣锭冷却时间大于100分钟后脱模，并退火；退火温度650～700℃，保温时间40～60h后炉冷；5)对电渣钢锭头尾取样，并进行表面砂剥处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得成品电渣钢锭，电渣钢锭中氮分布均匀，且|[N]头？[N]尾|≤0.05wt％。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴江枫，周灿栋，张甫飞，黄诺诚，庄伟，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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