一种热核聚变堆用不锈钢加氮的方法

摘要

本发明涉及一种热核聚变堆用不锈钢加氮的方法，它包括下述步骤：Ⅰ、将满足AOD炉要求的钢水，倒入AOD炉冶炼；II、AOD炉氮成分控制工艺；出钢前，吹氩气搅拌，氩气吹入量目标值Y值，按照下式计算：Y＝17.5e

说明书

技术领域

本发明提供一种热核聚变堆用不锈钢增氮的方法。

背景技术

ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor国际热核 聚变实验堆)是欧盟、美国、中国、日本、俄罗斯、印度、韩国七个国家地 区参加的新型热核聚变实验堆项目，其需求的含氮不锈钢氮含量在 0.06％-0.25％范围，现有的热核聚变堆用不锈钢增氮的方法采用合金增氮的方 法，容易引起钢水夹杂物含量高且氮含量难以控制到目标范围内。

发明内容

为了克服现有热核聚变堆用不锈钢增氮的方法的上述不足，本发明提供 一种氮含量容易控制到目标范围内的热核聚变堆用不锈钢增氮的方法。

本发明提供一种AOD炉、LF炉联合生产该项目用含氮不锈钢的工艺方法， 可以使氮含量控制到要求的目标范围内。

ITER项目用的主要含氮不锈钢材料成分重量百分比如下：

0＜C≤0.03％；0＜Si≤0.75％；0＜Mn≤2.00％；P≤0.03％； S≤0.01％；Cr 16.00％-22.50％；Ni 10.00％-14.00％； Mo 2.00％-3.00％；0＜Co≤0.10％；N 0.06％-0.25％；0＜Nb≤0.10％； 0＜Ta≤0.10％；其余为Fe和不可避免的杂质。

针对ITER计划用钢氮含量控制要求，采用AOD、LF不锈钢冶炼设备进行 冶炼。如电炉+AOD+LF炉冶炼法、转炉+AOD+LF冶炼法，控制钢水中氮含量。

本热核聚变堆用不锈钢增氮的方法包括下述依次的步骤：

I将电炉、中频感应炉或转炉冶炼后，满足AOD炉要求的钢水，倒入 AOD炉进行冶炼。

II AOD炉氮成分控制工艺

AOD炉钢水采用氮气、氧气混合吹入或只吹氮气进行冶炼，在AOD炉造 渣、调整成分、调整温度、还原。出钢前(时间按照式(1)计算的需要吹 氩量，除以出钢前吹氩流量，即可得出出钢前多长时间开始吹氩)，只吹氩 气进行搅拌，氩气吹入量目标值(Y值)，按照以下(1)式计算：

Y＝17.5e^-0.002X    (1)

式中：X——产品目标氮含量，ppm(百万分之一)。

Y——吹入钢水氩气量，立方米/吨钢。

实际吹入氩气量可以在目标值的基础上波动：Y±0.15立方米/吨钢。

AOD炉造渣、调整成分、调整温度、还原操作，与目前AOD炉冶炼不锈 钢造渣、调整成分、调整温度、还原工艺相同。

III LF工艺

钢水倒入LF炉中，当钢水氮含量在目标范围要求时(钢水中N 0.06％-0.25％)；LF底吹氮气流量控制在0.2-1.0升/分钟·吨钢，当氮含量 低于目标要求时，LF炉底吹氮气进行增氮，吹氮气增加氮量，按下(2)式 计算：

W＝K÷(2.0×m)    (2)

式中：K——产品需增氮含量值，ppm(百万分之一)。

m——吹氮气时间，分钟；

W——吹入钢水的氮气流量，升/分钟·吨。

其中吹入钢水的氮气流量(W值)最佳控制在2.5-6.0升/分钟·吨钢。 钢水的成分的重量百分比达下述要求时出钢：

0＜C≤0.03％；0＜Si≤0.75％；0＜Mn≤2.00％；P≤0.03％； S≤0.01％；Cr 16.00％-22.50％；Ni 10.00％-14.00％； Mo 2.00％-3.00％；0＜Co≤0.10％；N 0.06％-0.25％；0＜Nb≤0.10％； 0＜Ta≤0.10％；其余为Fe和不可避免的杂质。

IV出钢浇注钢锭

浇注、连铸坯的工艺与一般不锈钢浇注钢锭、连铸坯生产工艺相同。

上述的热核聚变堆用不锈钢加氮的方法，其特征是在步骤III LF工艺 中，钢水的成分的质量百分比达下述要求时出钢：

0＜C≤0.03％；0＜Si≤0.75％；0＜Mn≤2.00％；P≤0.03％； S≤0.01％；Cr 16.00％-18.50％；Ni 10.00％-14.00％；Mo 2.00％-3.00％； 0＜Co≤0.05％；N 0.12％-0.17％；0＜Nb≤0.10％； 0＜Ta≤0.10％；其余为Fe和不可避免的杂质。

上述的热核聚变堆用不锈钢加氮的方法，其特征是在步骤III LF工艺中， 钢水的成分的质量百分比达下述要求时出钢：

0＜C≤0.03％；0＜Si≤0.75％；0＜Mn≤2.00％；P≤0.03％； S≤0.01％；Cr 16.00％-18.00％；Ni 11.00％-14.00％；Mo 2.00％-2.50％； 0＜Co≤0.10％；N 0.06％-0.08％；0＜Nb≤0.10％；0＜Ta≤0.10％； 其余为Fe和不可避免的杂质。

本热核聚变堆用不锈钢增氮的方法生产的氮不锈钢产品，氮含量可以 准确地控制在要求范围之内，避免引起钢水夹杂物含量高。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明ITER项目用含氮不锈钢增氮方法进行详细说 明，但本发明的具体实施方式不局限于下述的实施例。

实施例一

本实施例的不锈钢钢种为316LN，其成分的质量百分比要求为：

0＜C≤0.03％；0＜Si≤0.75％；0＜Mn≤2.00％；P≤0.03％； S≤0.01％；Cr 16.00％-18.50％；Ni 10.00％-14.00％；Mo 2.00％-3.00％； 0＜Co≤0.05％；N 0.12％-0.17％；0＜Nb≤0.10％； 0＜Ta≤0.10％；其余为Fe和不可避免的杂质。

本实施例的步骤依次如下：

采用18吨AOD炉、18吨LF炉冶炼生产。

电炉钢水17.32吨兑入AOD炉，电炉钢水成分如下(重量百分含量)：

C：1.49％    Si：0.13％   Mn：0.45％  P：0.016％  S：0.003％

Cr：15.71％  Ni：12.93％  Mo：2.15％  N：0.03％   Co：0.03％

Nb：0.01％   Ta：0.01％

其余为Fe和不可避免的杂质。

AOD炉操作如下：

时间   操作内容

17:45  兑钢后，底侧吹气体O₂∶N₂＝0∶400m³/h，测温1561℃。

17:47  底侧吹气体O₂∶N₂＝769∶192m³/h。

18:09  调整成分，加高碳铬铁357公斤，镍100公斤，高碳锰铁260 公斤。

18:17  测温1627℃。

18:18  底侧吹氧与氮冶炼O₂∶N₂＝760∶190m³/h。

18:24  底侧吹氧与氮冶炼O₂∶N₂＝480∶482m³/h。

18:42  测温1726℃。

18:43  调整成分造渣加硅铁(含硅75％)370公斤，石灰350公斤、 萤石30公斤还原。

18:44  纯吹氮480m³/h。

18:47  停吹氮，测温1668℃，扒渣90％，加石灰350公斤、萤石30 公斤，分析试样。

18:55  测温1629℃。成分、温度合适，计划出钢。按产品目标氮含量 为1600ppm(0.16％)计算，根据计算式(1)求得需要吹氩气量＝17.5× 2.718^{-0.002×1600)}＝0.71m³/t钢(吹入氩气量＝480×1.6÷60÷18＝0.711m³/t 钢)。

19:01  纯吹氩气480m³/h 1.6分钟(时间按照0.71m³/t×60min× 钢水重量18t÷480m³/h进行确定)

19:04  出钢，钢包中温度1574℃。AOD炉出钢钢水成分重量百分比如 下：

C 0.012％     Si 0.38％      Mn 1.27％      Cr 16.52％

Ni 13.68％    P 0.018％      S 0.001％      N 0.1569％

Mo 2.14％     Co 0.03％，    Nb 0.01％，    Ta 0.010％

其余为Fe和不可避免的杂质。

LF炉操作如下：

钢水加到LF炉，钢水计划增氮含量40ppm，(与目标氮含量0.16％相比) 根据计算式(2)，求得吹入钢水的氮流量为氮量在5.0升/分钟·吨钢， 吹氮气4分钟后(时间按照式(2)进行确定)；加入Ca-Si线0.5公斤/吨 钢水，经化验，钢水的成分的重量百分比达：

C 0.013％  Si 0.37％  Mn 1.27％  Cr 16.52％

Ni 13.02％    P 0.018％      S 0.001％      N 0.1602％

Mo 2.14％     Co 0.03％，    Nb 0.01％，    Ta 0.010％

其余为Fe和不可避免的杂质。

钢水浇注为5.8吨钢锭。

实例二

本实施例的不锈钢钢种为316L(N)-IG。其成分的质量百分比要求为；

0＜C≤0.03％；0＜Si≤0.75％；0＜Mn≤2.00％；P≤0.03％； S≤0.01％；Cr 16.00％-18.00％；Ni 11.00％-14.00％；Mo 2.00％-2.50％； 0＜Co≤0.10％；N 0.06％-0.08％；0＜Nb≤0.10％；0＜Ta≤0.10％；其余 为Fe和不可避免的杂质。

本实施例的步骤依次如下：

采用18吨AOD炉、18吨LF炉冶炼生产。

电炉钢水17.32吨兑入AOD炉，电炉钢水成分如下(重量百分含量)：

C：1.52％    Si：0.23％   Mn：0.77％  P：0.017％  S：0.003％

Cr：16.33％  Ni：13.08％  Mo：2.15％  N：300ppm其余为Fe和不可避 免的杂质。

AOD炉操作如下：

时间    操作内容

3:15    兑钢后，底侧吹O₂∶N₂＝0∶400m³/h，测温1562℃。

3:16    底侧吹O₂∶N₂＝776∶192m³/h。

3:41    测温1654℃，加铝25公斤升温。

3:44    吹氧与氮冶炼O₂∶N₂＝768∶191m³/h。

3:49    底侧吹O₂∶N₂＝483∶483m³/h，调整成分加高碳铬铁250公斤， 镍140公斤，高碳锰铁250公斤。

4:01    测温1659℃。吹氧与氮冶炼O₂∶N₂＝760∶190m³/h。

4:06    测温1746℃。纯吹氮480m³/h。

4:07    调整成分造渣加硅铁(含硅75％)350公斤，石灰300公斤。

按产品目标氮含量为700ppm(0.07％)计算，根据计算式(1)求得需要 吹氩气量＝17.5×2.718^-0.002×700)＝4.3m³/t钢。

4:09    纯吹氩气480m³/h。

4:12    吹氩气3分钟，测温1677℃，扒渣90％，加石灰300公斤、萤 石30公斤，分析试样。

4:15    纯吹氩气480m³/h 7分钟，共吹氩气10分钟(吹入氩气量＝ 480×10÷60÷18＝4.44m³/t钢)。

4:22    测温1611℃。

4:24    出钢，钢包中加入CaSi 50公斤进行脱氧。钢包中温度1566 ℃。AOD炉出钢钢水成分如下：

C 0.01％      Si 0.41％      Mn 1.68％      Cr 16.37％

Ni 13.65％    P 0.019％      S 0.002％      N 713ppm

Mo 2.13％     Co 0.03％，    Nb 0.01％，    Ta 0.010％

其余为Fe和不可避免的杂质。

LF炉操作如下：

钢水到达LF炉，钢水不增氮含量，且其它成分符合要求，钢水直接出 站浇注。成分如下：

C 0.01％      Si 0.41％      Mn 1.68％      Cr 16.37％

Ni 13.65％    P 0.019％      S 0.002％      N 713ppm

Mo 2.13％     Co 0.03％，    Nb 0.01％，    Ta 0.010％

其余为Fe和不可避免的杂质。

钢水浇注为21.6吨钢锭。