非真空條件冶煉409L超純鐵素體不銹鋼的技術開發

李 鐵,趙 剛,張 爽

(山東泰山鋼鐵集團有限公司,山東萊蕪 271100)

非真空條件冶煉409L超純鐵素體不銹鋼的技術開發

李 鐵,趙 剛,張 爽

(山東泰山鋼鐵集團有限公司,山東萊蕪 271100)

介紹了通過AOD爐非真空條件下的超低碳氮冶煉操作,滿足409L超純鐵素體不銹鋼的成分控制要求,并優化后續的LF工藝,解決了精煉過程中增碳以及夾雜物控制等問題,成功開發出了409L超純鐵素體不銹鋼。

409L不銹鋼;鐵素體不銹鋼;非真空;超低碳

1 引言

409L是一種低合金超低碳氮鐵素體不銹鋼,屬環保節能型鋼鐵材料,被廣泛用于汽車排氣系統及耐高溫設備,市場前景廣闊。該鋼種為滿足高溫腐蝕性對碳氮含量及夾雜物控制水平要求高,同時添加穩定化元素鈦,進一步提高耐蝕性能、機械性能及焊接性能[1-3]。

409L鋼種為保證成品碳、氮含量及提高鈦的收得率,通常采用真空冶煉工藝,生產周期長,工藝復雜,冶煉成本高等限制了該鋼種的發展。因此利用非真空條件冶煉409L不銹鋼能有效簡化工藝流程,縮短生產周期,提高生產效率,對提高企業競爭力具有重要的現實意義。

2 非真空冶煉工藝的開發

409L超純鐵素體不銹鋼熔煉成分控制見表1所示,對碳氮含量、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：超低碳氮不銹鋼冶煉的實現及其成本控制;超低碳氮不銹鋼的脫氧、夾雜物控制。

2.1 AOD爐超低碳吹煉工藝設計

409L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的限制環節,因此提高頂槍供氧強度,逐步調整槍位,快速脫碳升溫,為后續低碳區脫碳提供合適的溫度,同時縮短冶煉周期。當碳含量脫至目標值,溫度合適后,停止頂吹,繼續底吹吹煉。

吹煉前期底吹中心管氧氣逐步加大流量,提高脫碳速度,底吹氧氬比由2：1逐步降低,提高氬氣比例,降低Pco。

在確保生產節奏的前提下,脫碳后期,增加一個脫碳子階段以進行超低碳區脫碳,適當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,脫碳目標控制為[C]≤0.005%,表2為優化的AOD爐冶煉409L的參考供氣模式。

表1 409L熔煉成分控制標準

表2 AOD爐冶煉409L不銹鋼脫碳參考供氣模式

2.2 脫氧工藝設計

超純鐵素體不銹鋼由于具有極低的碳含量,根據碳氧平衡原理,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%,409L[C]0.01%以下)。因此采用一般硅鐵脫氧很難實現深脫氧,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。采用脫氧能力強的鋁脫氧時,容易產生高熔點的鎂鋁尖晶石夾雜物,不僅影響鋼水澆注,還易在后續軋制鋼帶的表面產生缺陷。采用硅、鋁復合脫氧并扒除還原渣,不僅能完成深脫氧而且還能盡可能地避免Al2O3、Mg O·A2O3等高熔點夾雜物對鋼水的污染。

2.3 LF精煉工藝設計

傳統LF工藝在冶煉超低碳氮不銹鋼時存在一定的弊端,如電極送電導致的增碳、增氮,過多的合金、輔料調渣調溫等影響鋼水純凈度。因此對LF的工藝進行了相應調整。409L在LF工位不再進行送電操作,減少合金、輔料的加入,主要進行軟吹氬及鈦的合金化,為保證工藝順利進行,AOD出鋼要確保精確的溫度和成分,保證吹氬工藝的降溫和成分要求;扒除還原渣重新造渣,為夾雜物的吸附和保溫創造條件。Ti極易氧化,為保證鈦的回收率,采用一次性瞬時投入的加入方式,加入過程控制吹氬效果,防止鋼水裸露,盡量避免鋼水的氧化。

3 工藝效果

3.1 夾雜物及組織

409L鋼帶夾雜物主要以B類和D類(TiN或 TiC)為主,級別不超過1.0級,見表3所示。

表3 夾雜物檢測結果

409L組織為完全鐵素體組織,未退火熱處理的組織為軋制變形的鐵素體組織,960℃退火組織為鐵素體,晶粒度4.5級,1000℃退火組織為鐵素體,晶粒度4.5級,1060℃退火組織為鐵素體,晶粒度3.0級,見圖1所示。

圖1 409L鋼帶組織

3.2 鋼帶物理性能檢測結果

厚度規格3.5 mm的409L退火鋼帶力學性能符合GB/T 4237-2015中的要求,具體情況見表4。

表4 力學性能

4 結語

非真空條件冶煉409L超純鐵素體不銹鋼的生產工藝能夠滿足鋼種成分超低碳氮含量的控制要求,產品各項指標符合要求,與傳統的真空冶煉工藝相比,該工藝具有縮短生產周期,提高生產效率,降低生產成本等優勢,具有推廣價值。

[1] 付邦豪,侯海濱,成國光,等.409L不銹鋼冶煉過程夾雜物特征及成因[J].鋼鐵,2011,46(6)：40-44.

[2] 徐 斌,王建澤,李具倉,等.409L連鑄坯夾雜物的實驗研究與熱力學分析[J].連鑄,2015,41(3)：59-62.

[3] 姜麗娟,徐 斌,李具倉.409L鐵素體不銹鋼冷軋板表面線鱗缺陷分析[J].甘肅冶金,2015,37(6)：24-27.

Development of 409L Super-pure Ferritic Stainless Steel in Non Vacuum

LI Tie,ZHAO Gang,ZHANG shuang
(Shandong Taishan Steel Group Co.,Ltd.,Laiwu 271100,Shandong,China)

Introduced through AOD furnace non vacuum super-low carbon and nitrogen smelting operation,meet the 409L super-pure ferritic stainless steel composition control requirements,and optimizing LF furnace process,solved the problems of recarburization in the refining process and inclusion control,successfully developed 409L super-pure ferritic stainless steel.

409L stainless steel;ferritic stainless steel;non vacuum;extra-low carbon

TF746.1

A

1001-5108(2017)04-0020-03

李鐵,工程師,主要從事不銹鋼產品研發及質量異議分析等工作。