镍不锈钢超大规格连铸坯制造方法
技术领域
本发明属于金属材料不锈钢冶炼工艺领域,公开一种高质量不锈钢超大规格连铸坯(圆坯规格Φ600mm、Φ700mm、Φ800mm;方坯规格380mm×490mm)制造方法,主要用于镍不锈钢铸坯的生产。
背景技术
目前,国内生产厂镍不锈钢超大断面坯料多是采用模铸坯生产,即使采用连铸工艺生产也仅能生产到Φ600mm规格以下连铸圆坯和350mm断面以下方坯。随着燃气轮机、风电用环锻件用量与规模的不断提高,对连铸圆坯断面尺寸、品种、质量都有了越来越高的期待。与传统钢锭相比,连铸大圆坯或大方坯的使用将大大提高生产效率,提高成材率,有效地降低生产成本,其材料利用率可达到99%甚至100%,较钢锭成材率提高约15个百分点。但超大断面镍不锈连铸坯生产难度较大,工艺参数复杂,目前,国内超大规格镍不锈钢的连铸坯生产还处于空白阶段,据资料查询与记载,国际上目前达到如此尺寸规模的连铸大圆坯和大方坯也属于空白领域,对国内、外文献检索均未查到相关的有价值的连铸大圆坯和大方坯的信息,及相关的研究工作。
发明内容
本发明公开一种镍不锈钢超大规格连铸坯制造方法,目的是通过设计、优化连铸的钢水过热度、电磁搅拌参数、二冷配水参数达到提高连铸坯表面及内在质量的目的。
为实现上述目的,本发明采用以下技术路线:应采取两个方面的关键技术措施:一方面进行合理的化学成分设计和制定科学合理的冶炼工艺,确保镍不锈钢能够达到高洁净度的冶金质量,镍不锈钢冶炼工艺的难点在于如何降低钢中氢/氧含量,减少钢中氧化物夹杂;另一方面要确定合理的连铸工艺参数,连铸工艺的难点在于如何制定合理的浇注温度,拉坯速度,二冷配水参数,在浇注过程中减少二次氧化,防止钢液污染,同时控制合理的工艺减少化学成分的偏析,同时提高连铸坯表面质量等。
采用以下具体技术方案:生产规格为Φ600mm、Φ700mm、Φ800mm以及380mm×490mm的连铸坯:
工艺路线为:UHP→AOD→LF→VD→连铸→精整→包装;其中包括炼钢冶炼工艺和连铸工艺。
1.炼钢工艺
⑴304L钢的化学成分内控标准,见表1。
表1 304L钢的化学成分内控标准
316L钢的化学成分内控标准,见表2。
表2 316L钢的化学成分内控标准
304钢的化学成分内控标准,见表3。
表3 304钢的化学成分内控标准
⑵电炉工艺
装炉量50吨~55吨,炉料选用优质300系列返回废钢、高碳铬铁、含镍生铁,其中300系列返回废钢配入量30吨~40吨、含镍生铁配入量不小于8吨、高碳铬铁不小于5吨;出钢温度(T):1610℃~1630℃,出钢时采用部分高碳合金料调成份;偏心低出钢,控制不下渣出钢;出钢前3min~5min降低用氧强度,增加喷碳用量,每炉180kg~250kg;使用优质白灰和预熔渣造渣;
⑶AOD工艺
AOD操作流程:兑钢过程→测温及取样过程→氩氧精炼过程→还原过程→出钢过程。AOD兑钢温度控制在1500℃~1540℃;钢包中余渣不大于30mm;AOD氩氧精炼过程渣料加入原则:3000kg/炉;氩氧精炼过程中间碳含量设置值:钢碳含量内控标准值+0.05%,终点碳含量设置值:钢碳含量内控标准值-0.015%;AOD出钢成分按照成品控制成分执行;出钢温度T=1640℃~1670℃;
⑷LF工艺
LF炉操作流程:钢包接通氩气→沉淀脱氧→送电→调整渣量→扩散脱氧→成分分析→调整成分、温度→LF炉出钢。LF炉吹氩制度:吹氩压力0.2MPa~0.5MPa,可根据透气砖透气程度按比例增减氩气流量,以渣面稍微吹开,钢液不裸露为宜;精炼期温度控制:原则上尽量减少大于1600℃的高温持续时间,温度不小于1550℃进行取样分析;LF炉渣量控制:石灰加入量(5~10)kg/吨;LF出钢温度T=1575℃~1585℃;
⑸VD工艺
入罐前少量扒渣,钢包空包高度不小于1000mm;真空度不大于100Pa,真空下保持时间10min~15min,极限真空度下大氩气搅拌,脱气后软吹时间不少于20min,以不露钢液面为准;出罐温度(1580±10)℃;
2.连铸工艺
⑴圆坯连铸工艺
①304L钢液相线温度约为1465℃,连铸第一包上台温度为1580℃~1590℃,连浇包上台温度为1575℃~1585℃;304钢液相线温度约为1445℃,连铸第一包上台温度为1560℃~1570℃,连浇包上台温度为1555℃~1565℃,过热度控制15℃~40℃。采取二次冷却区电磁搅拌技术+末端电磁搅拌技术,拉坯速度控制在0.14m/min~0.3m/min;进行中包吹氩操作,长水口保护+保护渣+氩气保护浇注;连铸坯坑冷。
②连铸工艺参数
过热度与拉速控制如表4所示,
表4 过热度与拉速控制 拉速单位为m/min
规格 |
25℃~30℃ |
31℃~40℃ |
Φ600 |
0.270m/min |
0.250m/min |
Φ700 |
0.170m/min |
0.155m/min |
Φ800 |
0.160m/min |
0.145m/min |
结晶器冷却及比水量如表5所示,
表5 结晶器冷却及比水量
规格 |
结晶器水量 |
比水量 |
一区系数 |
二区系数 |
Φ600 |
4000L/min |
0.10L/kg |
100 |
110 |
Φ700 |
4800L/min |
0.07L/kg |
110 |
105 |
Φ800 |
4800L/min |
0.08L/kg |
140 |
170 |
电磁搅拌参数如表6所示,
表6 电磁搅拌参数
搅拌方式 |
电流 |
频率 |
搅拌方式 |
铸流电搅 |
150A |
2.0Hz |
交替搅拌,10s-10s |
末端电搅 |
550A |
4.5Hz |
交替搅拌,25s-5s-25s-5s |
⑵方坯连铸工艺
①316L钢液相线温度约为1464℃,连铸第一包上台温度为1550℃~1560℃,连浇包上台温度为1545℃~1555℃,过热度控制15℃~40℃;采取二次冷却区电磁搅拌技术+末端电磁搅拌技术,拉坯速度控制在0.14m/min~0.3m/min;进行中包吹氩操作,长水口保护+保护渣+氩气保护浇注;连铸坯坑冷;
②连铸工艺参数
过热度与拉速控制如表7所示,
表7 过热度与拉速控制 拉速单位为m/min
规格,mm |
20℃~25℃ |
26℃~35℃ |
380×490 |
0.40 |
0.35 |
结晶器冷却及比水量如表8所示,
表8 结晶器冷却及比水量
规格,mm |
结晶器水量 |
比水量 |
380×490 |
宽面900L/min,窄面700L/min |
0.20L/kg |
电磁搅拌参数如表9所示,
表9 电磁搅拌参数
搅拌方式 |
电流 |
频率 |
搅拌方式 |
结晶器电搅 |
200A |
2.0Hz |
连续搅拌 |
末端电搅 |
450A |
4.5Hz |
交替搅拌,15s-3s-15s |
3.连铸坯表面精整检查工艺
钢材全部进行人工表面检查,切取低倍试片观察低倍情况。
4.检验结果
①表面质量:连铸坯表面无目视可见的裂纹、结疤、折叠、针孔、夹杂及深度超过0.5mm的裂纹;
②钢中气体含量:氧含量不大于50×10-6、氢含量不大于5×10-6;
①非金属夹杂物100%符合标准规定;
②连铸坯低倍:连铸坯低倍酸浸试片上无目视可见的白点、分层、夹杂、翻皮;中心疏松不大于2.0级,中心缩孔不大于2.0级。
本发明的创新点和优点在于:
①本发明通过制定合理的冶炼镍不锈钢的工艺,确定符合实际的连铸工艺参数,生产出符合客户要求的超大断面镍不锈连铸钢坯,填补了国内外在这一生产领域的空白;
②使用该方法生产改变了以往镍不锈钢大型锻件产品以炼钢模铸+锻造生产为主的工艺路线,改为连铸生产可大大提高生产率,提高成材率,降低生产成本。
③采用严格的冶炼工艺、浇注工艺及成分控制等技术措施,获得较好的铸坯冶金质量为后续顺利锻制创造条件;
④通过连铸采用长水口保护+保护渣+氩气保护浇注等提高钢的洁净度,通过连铸工艺参数的合理配置,有效改善钢液凝固过程中的偏析、提高铸坯的可加工性并获得满意的表面及内部质量。
具体实施方式
结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
钢种:022Cr19Ni10(304L)
炉号:15113052909,连铸坯成品规格:Φ600mm。
工艺流程:UHP→AOD→LF→VD→连铸→精整→包装;
1.炼钢工艺
⑴022Cr19Ni10(304L)钢的实际化学成分,见表10。
表10 022Cr19Ni10(304L)钢的化学成分
⑵电炉工艺
装炉量55吨,炉料选用优质300系列返回废钢、高碳铬铁、含镍生铁,其中300系列返回废钢配入量35吨、含镍生铁配入量10吨、高碳铬铁8吨;出钢温度T:1630℃,出钢时采用部分高碳合金料调成份;偏心底出钢,控制不下渣出钢;出钢前3min降低用氧强度,增加喷碳用量每至炉220kg;使用优质白灰和预熔渣造渣。
⑶AOD工艺
AOD操作流程:兑钢过程→测温及取样过程→氩氧精炼过程→还原过程→出钢过程。AOD兑钢温度1520℃;钢包中余渣20mm;AOD氩氧精炼过程渣料加入3000kg/炉;氩氧精炼过程中间碳含量设置值0.076%,终点碳含量设置值0.011%;AOD出钢成分按照成品控制成分执行;出钢温度T=1650℃;
⑷LF工艺
LF炉操作流程:钢包接通氩气→沉淀脱氧→送电→调整渣量→扩散脱氧→成分分析→调整成分、温度→LF炉出钢。LF炉吹氩压力0.24MPa,精炼期温度1580℃,LF炉石灰加入量8kg/吨;LF出钢温度T=1580℃;
⑸VD工艺
入罐前少量扒渣,钢包空包高度1200mm;真空度67Pa,真空下保持时间15min,极限真空度下大氩气搅拌,脱气后软吹时间20min;出罐温度1580℃;
2.连铸工艺
⑴304L钢液相线温度约为1465℃,连浇包上台温度为1580℃,采取二次冷却区电磁搅拌技术+末端电磁搅拌技术,进行中包吹氩操作,长水口保护+保护渣+氩气保护浇注;连铸坯坑冷。
⑵连铸工艺参数
过热度与拉速控制如表11所示,
表11 过热度与拉速控制 拉速单位为m/min
规格 |
25℃~30℃ |
31℃~40℃ |
Φ600 |
0.270m/min |
0.250m/min |
结晶器冷却及比水量如表12所示,
表12 结晶器冷却及比水量
规格 |
结晶器水量 |
比水量 |
一区系数 |
二区系数 |
Φ600 |
4000L/min |
0.10L/kg |
100 |
110 |
电磁搅拌参数如表13所示,
表13 电磁搅拌参数
搅拌方式 |
电流 |
频率 |
搅拌方式 |
铸流电搅 |
150A |
2.0Hz |
交替搅拌,10s-10s |
末端电搅 |
550A |
4.5Hz |
交替搅拌,25s-5s-25s-5s |
3.连铸坯表面精整检查工艺
钢材全部进行人工表面检查,切取低倍试片观察低倍情况。
4.检验结果
①表面质量:连铸坯表面无目视可见的裂纹、结疤、折叠、针孔、夹杂及深度超过0.5mm的裂纹;
②钢中气体含量:氧含量35×10-6、氢含量2×10-6;
③非金属夹杂物100%符合标准规定;
④连铸坯低倍:连铸坯低倍酸浸试片上无目视可见的白点、分层、夹杂、翻皮;中心疏松1.0级,中心缩孔1.5级。
本炉号共计完成入库4支,61.457吨。
实施例2
钢种:022Cr17Ni12Mo2(316L)
炉号:15116012920;连铸坯成品规格:380*490mm。
工艺流程:UHP→AOD→LF→VD→连铸→精整→包装;
1.炼钢工艺
⑴022Cr17Ni12Mo2(316L)钢的实测化学成分,见表14。
表14 022Cr17Ni12Mo2(316L)钢的化学成分
⑵电炉工艺
装炉量53吨,炉料选用优质300系列返回废钢、高碳铬铁、含镍生铁,其中300系列返回废钢配入量40吨、含镍生铁配入量10吨、高碳铬铁5吨;出钢温度T:1620℃,出钢时采用部分高碳合金料调成份;偏心低出钢,控制不下渣出钢;出钢前5min降低用氧强度,增加喷碳用量220kg;使用优质白灰和预熔渣造渣;
⑶AOD工艺
AOD操作流程:兑钢过程→测温及取样过程→氩氧精炼过程→还原过程→出钢过程。AOD兑钢温度控制在1530℃;钢包中余渣20mm;AOD氩氧精炼过程渣料加入3000kg/炉;氩氧精炼过程中间碳含量0.076%,终点碳含量0.011%;AOD出钢成分按照成品控制成分执行;出钢温度T=1654℃;
⑷LF工艺
LF炉操作流程:钢包接通氩气→沉淀脱氧→送电→调整渣量→扩散脱氧→成分分析→调整成分、温度→LF炉出钢。LF炉吹氩制度:吹氩压力0.3MPa,透气砖透气程度良好,钢液不裸露;精炼期温度控制在1580℃,LF炉石灰加入量8kg/吨;LF出钢温度T=1575℃;
⑸VD工艺
入罐前少量扒渣,钢包空包高度1100mm;真空度67Pa,真空下保持时间15min,极限真空度下大氩气搅拌,脱气后软吹时间25min,出罐温1570℃;
2.连铸工艺
①316L钢液相线温度约为1464℃,连浇包上台温度为1545℃,采取二次冷却区电磁搅拌技术+末端电磁搅拌技术,拉坯速度控制在0.14m/min~0.3m/min;进行中包吹氩操作,长水口保护+保护渣+氩气保护浇注;连铸坯坑冷;
②连铸工艺参数
过热度与拉速控制如表15所示,
表15 过热度与拉速控制 拉速单位为m/min
规格,mm |
20℃~25℃ |
30℃~35℃ |
380×490 |
0.40 |
0.35 |
结晶器冷却及比水量如表16所示,
表16 结晶器冷却及比水量
规格,mm |
结晶器水量 |
比水量 |
380×490 |
宽面900L/min,窄面700L/min |
0.20L/kg |
电磁搅拌参数如表17所示,
表17 电磁搅拌参数
搅拌方式 |
电流 |
频率 |
搅拌方式 |
结晶器电搅 |
200A |
2.0Hz |
连续搅拌 |
末端电搅 |
450A |
4.5Hz |
交替搅拌,15s-3s-15s |
3.连铸坯表面精整检查工艺
钢材全部进行人工表面检查,切取低倍试片观察低倍情况。
4.检验结果
①表面质量:连铸坯表面无目视可见的裂纹、结疤、折叠、针孔、夹杂及深度超过0.5mm的裂纹;
②钢中气体含量:氧含量38×10-6、氢含量不大于2.0×10-6;
③非金属夹杂物100%符合标准规定;
④连铸坯低倍:连铸坯低倍酸浸试片上无目视可见的白点、分层、夹杂、翻皮;中心疏松0.5级,中心缩孔1.0级。
本炉号实际入库43.13吨。
实施例3
钢种:06Cr19Ni10(304)
炉号:16114050446,连铸坯成品规格:Φ600mm。
工艺流程:UHP→AOD→LF→VD→连铸→精整→包装;
1.炼钢工艺
⑴06Cr19Ni10(304)钢的实际化学成分,见表18。
表18 304钢的化学成分
⑵电炉工艺
装炉量54吨,炉料选用优质300系列返回废钢、高碳铬铁、含镍生铁,其中300系列返回废钢配入量35吨、含镍生铁配入量10吨、高碳铬铁9吨;出钢温度T:1630℃,出钢时采用部分高碳合金料调成份;偏心底出钢,控制不下渣出钢;出钢前5min降低用氧强度,增加喷碳用量每至炉200kg;使用优质白灰和预熔渣造渣。
⑶AOD工艺
AOD操作流程:兑钢过程→测温及取样过程→氩氧精炼过程→还原过程→出钢过程。AOD兑钢温度1520℃;钢包中余渣23mm;AOD氩氧精炼过程渣料加入3000kg/炉;氩氧精炼过程中间碳含量0.09%~0.12%,终点碳含量0.025%~0.055%;AOD出钢成分按照成品控制成分执行;出钢温度T=1650℃;
⑷LF工艺
LF炉操作流程:钢包接通氩气→沉淀脱氧→送电→调整渣量→扩散脱氧→成分分析→调整成分、温度→LF炉出钢。LF炉吹氩压力0.3MPa,精炼期温度1580℃,LF炉石灰加入量8kg/吨;LF出钢温度T=1570℃;
⑸VD工艺
入罐前少量扒渣,钢包空包高度1100mm;真空度67Pa,真空下保持时间15min,极限真空度下大氩气搅拌,脱气后软吹时间20min;出罐温度1580℃;
2.连铸工艺
⑴304钢液相线温度约为1445℃,连浇包上台温度为1555℃,采取二次冷却区电磁搅拌技术+末端电磁搅拌技术,进行中包吹氩操作,长水口保护+保护渣+氩气保护浇注;连铸坯坑冷。
⑵连铸工艺参数
过热度与拉速控制如表19所示,
表19 过热度与拉速控制 拉速单位为m/min
规格 |
25℃~30℃ |
31℃~40℃ |
Φ600 |
0.270m/min |
0.250m/min |
结晶器冷却及比水量如表20所示,
表20 结晶器冷却及比水量
规格 |
结晶器水量 |
比水量 |
一区系数 |
二区系数 |
Φ600 |
4000L/min |
0.10L/kg |
100 |
110 |
电磁搅拌参数如表21所示,
表21 电磁搅拌参数
搅拌方式 |
电流 |
频率 |
搅拌方式 |
铸流电搅 |
150A |
2.0Hz |
交替搅拌,10s-10s |
末端电搅 |
550A |
4.5Hz |
交替搅拌,25s-5s-25s-5s |
3.连铸坯表面精整检查工艺
钢材全部进行人工表面检查,切取低倍试片观察低倍情况。
4.检验结果
①表面质量:连铸坯表面无目视可见的裂纹、结疤、折叠、针孔、夹杂及深度超过0.5mm的裂纹;
②钢中气体含量:氧含量37×10-6、氢含量2×10-6;
③非金属夹杂物100%符合标准规定;
④连铸坯低倍:连铸坯低倍酸浸试片上无目视可见的白点、分层、夹杂、翻皮;中心疏松0.5级,中心缩孔1.0级。
本炉号共计完成入库3支,46.09吨。