一种控氮核级不锈钢的熔炼方法

摘要

本发明涉及金属冶炼领域，具体涉及一种控氮核级不锈钢的熔炼方法，其特征在于：所述的熔炼方法具有如下步骤：选取优质原料、净化处理、洗炉、熔炼。本发明的优点是：本发明生产的核级控氮不锈钢非金属夹杂物总和达到≤2.5级，低于RCC-M≤4.5级。气体含量也较低【H】≤1.6PPm、【O】≤16PPm。S、P也很低，S≤0.010、P≤0.020、Co≤0.06、B≤0.0015、Pb+Sn+As+Sb+Bi≤0.026。力学性能超过了RCC-M Z2CND18-12，也超过了SA376316LN。

说明书

技术领域

本发明涉及金属冶炼领域，具体涉及一种控氮核级不锈钢的熔炼方法。

背景技术

我国发展核电，引进了法国CPR1000，引进美国AP1000。我国自主研发CNP1000百万千瓦核电，核电装备需要国产化，原材料更需国产化。如核岛主管道CPR1000用的是Z2CND18-12、AP1000用的SA 376  TP 316L、我国CNP1000用的是00Cr17Ni13MoN核级不锈钢。核电站Ⅰ回路是有放射性元素，有核辐射，射线有可能渗透不锈钢中非金属夹杂物、有可能渗透钢中的气体。所以核电站Ⅰ回路核Ⅰ级的控氮核级不锈钢要求非常严格，生产难度大。

我国过去生产控氮（含氮）不锈钢，是在传统的熔炼过程中以吹氮气的方式进行，可是很难加入，并且会增加钢中气体含量，但核级不锈钢严格控制其内部【H】≤2PPm、【O】≤20PPm、【N】≤2PPm。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种控氮核级不锈钢的熔炼方法，该方法是以NCrFe氮化铬铁化合物的形式加氮，并且通过化学成分的优化组合以及先进的工艺流程编排，保证其内部化学成分符合回路核Ⅰ级的控氮核级不锈钢材料的参数要求，并且其力学性能超过了法国RCC-M  Z2CND18-12，也超过了美国SA376 316LN的产品。 

本发明的实现由以下技术方案完成：

一种控氮核级不锈钢的熔炼方法，其特征在于：所述的熔炼方法具有如下步骤：

(a)  选用含碳量≤0.03的氮化铬铁、镍板、原生态废钢材料，并进行净化处理；

镍板为0#镍板。

(b)  洗炉，使得炼钢炉膛和包子内的残余钢水只有Cr、Ni、Mo，而无其它合金元素；

(c)  将步骤(a)中的原料放入炉中炼成具有如下质量百分比的钢锭：C≤0.025、Si 0.40-0.60、Mn 1.50-1.90、P≤0.025、S≤0.010、Cr 18.00-19.00、Ni 11.50-12.50、Mo 2.25-2.75、N 0.10-0.12，B≤0.0015，其余为Fe。

将上述元素进行了优化组合，强化元素C、Mn、Mo、N取上限，塑性元素、韧性元素Si、Cr 、Ni取中上限，有害元素S、P等取下限，尽量低。

所述步骤(a)中的净化处理具体过程如下：将所述原料使用稀释硫酸进行酸洗，再用清水再次清洗，之后烘干。

所述步骤(b)洗炉具体过程如下：所述步骤(b)的具体过程为：先炼一炉或二炉只含有Cr、Ni、Mo元素的钢，使炼钢炉膛和包子内残余钢水只有Cr、Ni、Mo，而无其它合金元素。

利用复合脱氧剂使所述步骤(c)中钢锭内的非金属夹杂物凝聚浮起，化合物造渣，并且在熔炼时利用氧化期耙渣，还原期再次耙渣，清除钢水中的非金属夹杂物，净化钢水。

所述复合脱氧剂为Si-Mn-Al-Ca复合脱氧剂，所述复合脱氧剂组分如下：Mn 18-20%、Si 8-9%、Al 4-4.5%、Ca 4-4.5%，其余为Fe。

对所述步骤(c)中的钢锭进行锻件的成型加工，其具体步骤为：将所述步骤(c)中的钢锭模预先进行打磨修缮，使其表面不留有氧化层，打磨后烘烤至80-120℃用热模浇注，浇注后冒口保温，当其补缩充足后，使钢锭冷却至150℃出模。

所述冒口保温步骤采用发热剂来完成，所述发热剂具有以下组分：铝粉12-14%、硅铁粉16-18%、硅钙粉14-16%、氧化锰14-16%、氧化铁14-15%、碳粉9-11%，其余为铝钒土。

对所述步骤(c)中的钢锭进行AOD或VODC真空脱气、使其【H】≤2PPm、【O】≤20PPm。

本发明的优点是：本发明生产的核级控氮不锈钢非金属夹杂物总和达到≤2.5级，低于RCC-M≤4.5级。气体含量也较低【H】≤1.6PPm、【O】≤16PPm。S、P也很低，其中S≤0.010、P≤0.020、Co≤0.06、B≤0.0015、Pb+Sn+As+Sb+Bi≤0.026。力学性能超过了法玛通RCC-M  Z2CND18-12超低碳控氮不锈钢，也超过了美国AISI SA376 316LN超低碳控氮不锈钢。 

附图说明

图1为本发明的不锈钢化学成分与行业标准对比表；

图2为本发明的不锈钢力学性能与行业标准对比表；

图3为本发明的不锈钢中非金属夹杂物与行业标准对比表。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

实施例：本实施例的加工生产过程如下：

1、选用优质原材料，含碳量≤0.03的氮化铬铁NCrFe、0#镍板、原生态废钢，其优质原材料杂质少，有害元素低，尤其是Co、B低。

2、原材料炉料及铁合金净化处理，即选用稀释硫酸清洗，再用清水再次清洗（去除残留硫酸），并经烘干，以减少水分以防止气体形成。此步骤的目的在于从源头净化钢水。

3、净化钢炉炉膛和包子，即洗炉步骤。也就是在熔炼本实施例的钢种前，先炼一炉到二炉316L钢，这种钢中合金元素只有Cr、Ni、Mo无其它合金元素，所以炉膛和包子内残余钢水也只有Cr、Ni、Mo无其它合金元素，也就达到了进一步净化钢水作用。

4、合金元素的优化组合，即C≤0.025、Si 0.40-0.60、Mn 1.50-1.90、P≤0.025、S≤0.010、Cr 18.00-19.00、Ni 11.50-12.50、Mo 2.25-2.75、N 0.10-0.12，其中强化元素Cr、Ni、Mo取上限，有害元素S、P、Co、B取下限，尽量低。强化元素取上限有利于提高其力学性能，有害元素取下限、尽量低有利于改善力学性能提高使用寿命。并且在此步熔炼的过程中采用化合物加氮法，通过加入NCrFe、NMnFe来引入“N”元素。

5、应用Si-Mn-Al-Ca复合脱氧剂，其中Mn 18-20%、Si 8-9%、Al 4-4.5%、Ca 4-4.5%，其余为Fe。应用化合物造渣在EF炉熔炼过程氧化期耙渣，还原期再次耙渣，使非金属夹杂物凝聚浮起，尽量清除钢水中的非金属夹杂物，净化钢水。

6、应用AOD或VODC炉精炼真空脱碳，使其C达到0.02-0.025，即使得其碳含量进一步降低，提高抗腐蚀性能。

7、应用AOD或VODC真空脱气、使其【H】≤2PPm、【O】≤20PPm。

8、钢锭模事先进行打磨修缮不留氧化层，打磨后烘烤至80-120℃用热模浇注，浇注后使用发热剂进行冒口保温，其成分为铝粉12-14%、硅铁粉16-18%、硅钙粉14-16%、氧化锰14-16%、氧化铁14-15%、碳粉9-11%。其余为铝钒土。使其补缩充足，钢锭冷却至150℃出模。

9、钢锭表面全部打磨出白，去除缺陷。

10、将钢锭进行锻造的成型加工，本实施例熔炼的超纯奥氏体核级不锈钢所锻造成锻件或锻造开坯轧制等变形工艺性颇佳。

如图1所示，本实施例生产的超纯奥氏体核级不锈钢强化元素相较行业标准都较多，有害元素都很少。

如图2、3所示，本实施例生产的超纯奥氏体核级不锈钢的实测力学性能、非金属夹杂物含量都优于RCC-M  Z2CND18-12，也超过了SA376 316LN的标准，S、P也很低，S≤0.010、P≤0.020、Co≤0.06、B≤0.0015、Pb+Sn+As+Sb+Bi≤0.026。

针对气体含量来说，虽然GB、RCCM、AISI不考核【H】、【O】气体含量，但本实施例生产的控氮核级不锈钢中的【H】≤1.6PPm、【O】≤16PPm，气体含量很低。 

针对有害元素来说，本实施例生产的控氮核级不锈钢中只含有Co 0.045、B 0.0015（质量百分数），其性能完全能满足核定核Ⅰ级标准，实现了国产化能满足核电需求，也可供出口。