317L耐熱不銹鋼棒材的開發(fā)研究

王哨兵 趙 虎

(1.瑞浦科技集團(tuán)特殊鋼研究院，浙江323900；2.馬鋼股份有限公司第四鋼軋總廠，安徽243003)

317L耐熱鋼是應(yīng)用廣泛的一種Cr-Ni-Mo不銹鋼，其牌號為19Cr-13Ni-3Mo，具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強(qiáng)度和機(jī)械特性，適合用于食品的加工、儲存和運(yùn)輸?shù)萚1-2]。瑞浦科技集團(tuán)基于目前特殊鋼具有廣闊的發(fā)展前景，為了提高公司在不銹鋼市場上的競爭力，投入大量的人力和物力組織開發(fā)317L耐熱鋼棒材。

1 工藝方案及生產(chǎn)過程

1.1 工藝方案設(shè)計

工藝方案：成分設(shè)計→電弧爐初煉→AOD爐精煉→LF鋼包爐精煉→連鑄180 mm×180 mm方坯→連鑄坯的表面檢驗及修磨→步進(jìn)式加熱爐加熱→棒線材軋機(jī)生產(chǎn)→矯直切定尺→檢驗→成品入庫。

關(guān)鍵技術(shù)：對化學(xué)成分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，合理的控制冶煉過程中的Cr當(dāng)量和Ni當(dāng)量比例關(guān)系，同時保證后續(xù)軋制時的熱加工性能；設(shè)計開發(fā)出合適的渣系和精煉工藝，控制鋼水中的夾雜物含量，確保317L耐熱鋼鋼水的純凈度；開發(fā)317L耐熱奧氏體不銹鋼的脫硫工藝，確保連鑄坯的表面質(zhì)量；在熱加工方面，采用連軋和控制軋制技術(shù)，確保熱加工過程中無折疊、裂紋等缺陷。

1.2 成分優(yōu)化設(shè)計

317L是一種含Mo元素的耐熱奧氏體不銹鋼，因此在在設(shè)計鋼種時，借鑒目前市場廣泛的316系不銹鋼產(chǎn)品，利用舍弗勒-德龍圖來確定鋼種的Cr當(dāng)量和Ni當(dāng)量，保證317L不銹鋼中的Creq/Nieq在1.5～2.0之間，避免軋制時的開裂敏感性。317L耐熱鋼化學(xué)成分設(shè)計如表1所示。

1.3 渣系的控制

對于控制煉鋼中的超低硫來說，增大硫在渣鋼中的分配比，可以提高脫硫量。鋼液脫硫的最佳熱力學(xué)和動力學(xué)條件為：提高鋼液溫度和爐渣堿度，降低爐渣氧化性和鋼水氧化性，提高熔池的攪拌強(qiáng)度。

目前我公司冶煉特種不銹鋼超低硫鋼采用 LF爐深脫硫工藝，LF爐深脫硫時終渣成分、爐渣性能指標(biāo)與鋼中S含量如表2所示。LF精煉結(jié)束鋼中的平均S含量0.0015%，脫硫率可以達(dá)到85.96%。

最終AOD還原渣系成分設(shè)計：CaO在50%～60%、SiO2在35%～40%、MgO在10%～15%范圍內(nèi)。LF爐中精煉渣系成分設(shè)計：CaO在50%～60%、SiO2在6%、Al2O3在25%～30%范圍內(nèi)，使得最終的成品S含量控制在0.0010%左右。

表1 317L耐熱鋼化學(xué)成分設(shè)計(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The design of chemical composition of 317L heat resistant steel (mass fraction, %)

表2 317L耐熱鋼LF精煉參數(shù)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 2 The LF refining parameters of 317L heat resistant steel (mass fraction, %)

1.4 微量合金B(yǎng)元素的應(yīng)用

對于317L耐熱不銹鋼，我們在冶煉過程中適度加入殘余元素B，將其含量控制在0.005%以下，微量的B加入可起到細(xì)化晶粒的作用，提高奧氏體不銹鋼的熱塑性，改善加工性。但是B元素含量要嚴(yán)格的控制，避免在連鑄過程中B元素含量過多造成的連鑄“絮流”現(xiàn)象。

2 連鑄工藝

AOD精煉出鋼時，要保證鋼包口清潔干凈，采用的是渣鋼混出，出鋼前排空包內(nèi)空氣，避免鋼水的二次氧化，鋼包上連鑄前要在鋼包上加蓋保溫，Ar氣攪拌，讓包內(nèi)夾雜物充分上浮，Ar氣保護(hù)澆鑄，防止鋼液吸N。連鑄的過熱度控制在30～40℃之間，采用無碳保護(hù)渣澆鑄，減少由于鋼水沖刷形成的外來夾雜物。

對生產(chǎn)出來的連鑄坯進(jìn)行檢驗，鑄坯表面不能有氣孔、夾渣、翻皮、裂紋等缺陷存在，若存在相關(guān)缺陷則進(jìn)行修磨處理。修磨采用機(jī)磨的方式，清除表面夾雜物，避免鑄坯遺留的表面對棒材成品表面質(zhì)量的控制帶來困難。

3 軋制技術(shù)要求

317L熱軋棒材的主要控制點(diǎn)是表面質(zhì)量控制，與常規(guī)的Cr-Ni奧氏體不銹鋼如304鋼相比，其軋制寬展遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于304鋼，軋制過程中需密切注意各道次寬展變化情況。避免在軋制過程中寬展量大，容易出耳子和折疊等問題。

317L為含Mo的耐熱不銹鋼，由于其合金含量極高，在加熱的過程中造成熱傳導(dǎo)性很差，連鑄坯不容易燒透，但是當(dāng)溫度過高時軋制容易產(chǎn)生熱裂，導(dǎo)致軋制過程難以控制，軋制成材率較低。因此對317L耐熱鋼的加熱工藝進(jìn)行嚴(yán)格的控制。連鑄坯在加熱爐內(nèi)的加熱溫度在1200～1250℃之間，保溫時間在3～4 h，使其組織呈現(xiàn)單相的奧氏體組織狀態(tài)，有很好的熱加工塑性。

4 性能檢驗

對矯直處理后的棒材，取樣做氣體檢驗和夾雜物檢驗。夾雜物基本上C類居多，主要是冶煉過程中采用硅鐵脫氧，因此硅酸鹽的夾雜物在0.5級左右。

氣體檢驗結(jié)果：O為28×10-6、26×10-6，N為831×10-6、827×10-6。

夾雜物檢驗結(jié)果如表3所示。

表3 非金屬夾雜物檢驗結(jié)果Table 3 The test result of non-metallic inclusions

5 結(jié)論

317L耐熱鋼種的成功開發(fā)，摸索出合適的渣系和精煉工藝，確保317L耐熱鋼鋼水的純凈度。開發(fā)317L耐熱奧氏體不銹鋼的脫硫工藝，確保連鑄坯的表面質(zhì)量，形成了一套穩(wěn)定的特殊鋼冶煉和軋制生產(chǎn)工藝。317L耐熱鋼按照標(biāo)準(zhǔn)檢測，化學(xué)成分、表面質(zhì)量和金相組織都與同類型的產(chǎn)品一致，提高了我公司的鋼產(chǎn)品種類，增大了經(jīng)濟(jì)收益。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡開科，張艷.連鑄鋼高溫力學(xué)性能研究專輯[J].北京科技大學(xué)學(xué)報，1993，15(s2)：12.

[2] 陸世英.不銹鋼[M].北京：原子能出版社，1998.