[发明专利]精确控制N含量的高纯净双相不锈钢冶炼工艺

说明书

本发明公开了一种精确控制N含量的高纯净双相不锈钢冶炼工艺，采用“电弧炉+AOD炉精炼”的冶炼方法。首先在电弧炉中进行熔化初炼，炉料包含本钢返回料、不锈钢返回料、合金、辅料；然后进入AOD炉对钢液精炼，精炼过程中全程吹N，通过对氧氮比、吹入气体的流量和时间的控制，分4次吹入氮氧混合气体进行脱碳，经过还原、造渣、脱硫、调整成分、精确控制N、出钢、浇铸等步骤，实现快速脱C、精确控N，并且将P、S含量、气体含量及氧化物夹杂控制到较低的水平。电弧炉熔炼阶段高配碳，在AOD精炼前期依靠碳氧反应升温；生产出符合标准要求的S32205不锈钢钢锭，大幅提升了生产效率、降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及不锈钢冶炼技术领域，具体的说是一种精确控制N含量的高纯净双相不锈钢冶炼工艺。

背景技术

双相不锈钢是指固溶组织由铁素体与奥氏体双相组成，铁素体和奥氏体各约占50%，一般较少相的含量最少也需达到30%的不锈钢。双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点，与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的优势为具有较高的机械性能，包括固溶强化、晶粒细化、沉淀硬化，而且具备优良的耐应力腐蚀和点腐蚀的能力。与铁素体不锈钢比，其韧性高、脆性转变温度低、耐晶间腐蚀和焊接性能好，同时保留了铁素体钢导热系数高、膨胀系数小的优点。

成分22%Cr，5%Ni，0.14-0.20%N的S32205是双相不锈钢的代表钢种，该类双相不锈钢是目前最有经济效益的不锈钢金属材料，全世界双相不锈钢产量的80%是S32205双相不锈钢。

S32205双相不锈钢中最主要的合金元素是Cr、Ni、Mo、N，它们对钢的性能和组织有直接影响。Cr和Mo在S32205双相不锈钢中是铁素体相主要形成元素，成分含量分别为22%和5%，在氧化性介质中，Cr能使钢表面生成稳定致密的Cr₂O₃保护膜，阻止基体的进一步腐蚀；Cr还能有效的提高钢的点蚀电位值，降低钢对点蚀的敏感性；此外，高含量的Cr可提高钢的N溶解度。Mo能显著提高双相不锈钢的耐点蚀性能，Mo可以促进Cr在表面膜的富集，提高耐蚀性，Mo还可以提高钢在还原介质中的热力学稳定性，在介质作用下形成钼酸盐，产生缓蚀作用。Ni和N在S32205双相不锈钢中是奥氏体相主要形成元素，其中N对于平衡铁素体和奥氏体两相平衡起到至关重要的作用，N会影响Cr、Mo在两相间的分配系数，使Cr、Mo元素从铁素体相向奥氏体相转移，钢中N含量越高，两相中合金元素之差越小，而N在奥氏体相中的溶解度远高于铁素体相中，这使得钢的整体耐孔蚀电位提高，耐腐蚀性能进一步增强。

S32205双相不锈钢工业化生产的主要方法是电弧炉+AOD精炼，高纯净S32205双相不锈钢冶炼的关键点在于N含量的精确控制，超低C、P、S含量以及氧化物夹杂的控制。

增氮的方式目前主要有两种：一是添加氮化铬铁，但N的回收率不太稳定，而且氮化铬铁的成本也较高；另一种是采用N₂合金化法，向钢液中吹入N₂，N在钢液中具有一定的溶解度，可以实现合金化，而且成本也较低。N₂合金化法的难点在于N含量的精确控制，钢液温度、氮分压、铬镍比等多种因素都会影响N含量的控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种精确控制N含量的高纯净双相不锈钢冶炼工艺，以实现高纯净S32205双相不锈钢冶炼中N含量的精确控制，超低C、P、S含量以及氧化物夹杂的控制。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种精确控制N含量的高纯净双相不锈钢冶炼工艺，本工艺采用“电弧炉+AOD炉精炼”的冶炼方法，首先在电弧炉中对炉料进行熔化初炼，然后进入AOD炉对钢液精炼，精炼过程中全程吹N，生产出符合标准要求的S32205双相不锈钢钢锭；

第一步，在电弧炉内，对包含不锈钢返回料、合金、辅料的炉料进行熔化初炼：