[发明专利]一种高碳高硅马氏体不锈钢小方坯及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金行业不锈钢的冶炼与浇铸方法，具体地说，本发明涉及高碳高硅马氏体不锈钢的冶炼与小方坯连铸方法。

背景技术

连铸坯按断面可分为板坯、大方坯、小方坯、圆坯、异型坯等，其中小方坯(指断面尺寸≤180×180mm²的连铸坯)连铸生产的铸坯，主要供轧制成棒材、线材、型钢、扁钢、管材等品种。不锈钢是常见的高合金钢，从金相组织来看，一般可分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和双相不锈钢。

4Cr9Si系列钢种属高碳马氏体不锈钢，含有铬、硅等元素，具有较好的高温强度和抗高温氧化性，淬硬性较高，适合做轻型发动机的进气门或排气门的阀杆(气阀用钢)。气阀钢是耐热钢的一个重要分支，用于制造各类内燃机气阀，是制造内燃机进、排气门的专用特殊材料。气阀钢的工作条件极其恶劣，要在400～900℃高温、3447.5～6895.0kPa的爆发压力下长期承受汽油、柴油等高温燃气的腐蚀与冲刷，经受频繁反复的高速运动和磨擦冲击，负荷大。这要求阀门材料有良好的热强性，热硬性，疲劳强度，耐磨性和抗氧化、抗腐蚀性，以及要求气阀钢的线膨胀系数小等等。因此除了要求使用专用特殊材料外，还要求钢材纯洁度较高，表面质量良好。由于气阀钢使用中一般需要经受高温、反复冲击的考验，对材料性能的要求很高。因此，国内外的生产厂家生产类似钢种时基本上都采用模铸生产。

现国内类似产品的生产工艺主要有：中频感应+电渣重熔+轧钢，和电炉模铸+初轧(锻造)开坯+轧钢。这些工艺流程长，生产成本高，有些只能局限于小批量生产，难以规模化。其线材的轧制工艺相对成熟和稳定，但偶尔也会发现个别超长氧化物夹杂或大颗粒的点状夹杂物，因此需要在冶炼中提高钢水纯净度，同时在凝固中控制改善夹杂物的分布。考虑到模铸工艺还需要初轧开坯等工序，流程长，生产成本高，因此开发出小方坯连铸直接供线材轧制具有非常重要的意义。

但是，目前马氏体钢的小方坯连铸一般仅限于1Cr13、2Cr13，随着碳含量的上升，当[C]＞0.20％时控制的难度就非常高，主要体现在连铸坯较易形生裂纹，容易产生中心偏析和疏松等缺陷。小方坯连铸由于断面小，拉速较快，每炉钢的浇铸时间较长，无论是钢包还是中间包的温降损失都较大，整个生产和连铸坯的质量较难稳定控制。而马氏体不锈钢的高温热态系数与普通碳钢截然不同，导热慢、线收缩量大、容易形成热应力集中而产生裂纹。

要减少裂纹隐患，减轻中心疏松、偏析，只有找到针对该钢种合理的冷却速度，而且这种冷却速度的安全范围很狭窄，非常容易出生产事故和质量事故。目前，针对一般的高碳钢，要减轻中心疏松、偏析，大多采用“低温快速浇铸”的方法，但对于马氏体钢来说，这样的解决方法如控制不好，拉速快，往往会造成生产波动大，很容易产生裂纹，因此，稳定控制很难，效果往往不很明显。

对马氏体的小方坯来说，还要解决连铸坯快速凝固中的冷却应力集中的问题，现场一般采用红坯缓冷(24小时或以上)的方法，但对于中高碳马氏体来说，它还有一个时效应力的问题，如果连铸坯生产缓冷后放置时间长了，再去加热轧制，也容易产生裂纹。

由于以上一些因素，马氏体气阀钢4Cr9Si系列钢种小方坯连铸类似生产报导极少，也无法查到有类似的生产专利技术。因此，开发一种高碳高硅马氏体不锈钢小方坯连铸的生产方式，对于降低成本，提高产品竞争力来说，具有重要的意义。

本发明的目的在于开发一种高碳高硅马氏体不锈钢小方坯及其制造方法，用“电弧炉熔化钢液+AOD炉冶炼+小方坯连铸”的方式，通过对钢种成份控制、连铸过程参数的综合调整，制造出含高质量的马氏体不锈钢小方坯供线材生产，以取代模铸，提高生产效率，降低成本，满足用户要求和市场需求。

发明内容

本发明的第一个方面提供一种高碳高硅马氏体不锈钢小方坯，以重量百分比计含有以下成分：C：0.41～0.47％、Si：2.80～3.20％、Mn：0.50～0.80％、Cr：8.50～9.20％、Ni：≤0.30％、P：≤0.028％、S：≤0.005％，W：≤0.20％、Mo：≤0.20％、V：≤0.15％、Nb：≤0.015％、Ti：≤0.015％、Al：≤0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明的第二个方面提供上述高碳高硅马氏体不锈钢小方坯的制造方法，包括：EAF初炼、AOD熔炼、LF炉精炼、连铸、退火和轧制工序。