超低碳馬氏體不銹鋼冶煉工藝的改進(jìn)和優(yōu)化

  超低碳馬氏體不銹鋼(06Cr13Ni46Mo和06Cr16Ni46Mo)是水輪機(jī)重要部件上冠、下環(huán)、葉片和導(dǎo)葉通常選用的重要材料。該系列不銹鋼材料在冶煉技術(shù)上難度大,而且對產(chǎn)品的質(zhì)量要求較高,特別是在制造三峽水電機(jī)組時,國內(nèi)三大水電設(shè)備制造公司,通過引進(jìn)國內(nèi)外水電制造技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn),制定了國內(nèi)水電設(shè)備關(guān)鍵部件的三峽標(biāo)準(zhǔn)(該標(biāo)準(zhǔn)所涉及的材料方面的要求代表國內(nèi)該行業(yè)最高水平),鋼水成分要求為:ω(C)≤0.05%、ω(P)≤0.028%、ω(S)≤0.015%、ω(Si)≤1.00%、ω(Mn)≤1.00%、ω(Cr)≥12.45%、ω(Ni)=3.5~4.5%、ω(Mo)=0.40~1.00%、ω(O)≤80×10-6、ω(N)≤150×10-6、ω(H)≤3×10-6。

  國內(nèi)外生產(chǎn)廠家為制造出優(yōu)質(zhì)不銹鋼鑄件,主要采用電弧爐+精煉(AOD、VOD、LF等)的方式進(jìn)行生產(chǎn),其中采用AOD冶煉不銹鋼,已經(jīng)成為不銹鋼精煉的主導(dǎo)技術(shù)。目前,國內(nèi)外廠家在生產(chǎn)該系列不銹鋼材料時,在生產(chǎn)和后續(xù)加工過程中較易產(chǎn)生裂紋,在使用過程中偶爾也會出現(xiàn)裂紋。因此,要想提高該系列材料鑄件的質(zhì)量,就必須通過提高冶煉鋼水內(nèi)在質(zhì)量來提升鑄件整體性能。

  技術(shù)人員針對不銹鋼冶煉原有工藝存在脫碳時間長、耗氧量大、熔池溫度高、高溫停留時間長等問題,通過工藝改進(jìn)和AOD精煉爐使用,提高了鋼液質(zhì)量。

  眾所周知,吹氧脫碳的關(guān)鍵在于控制鋼液中的氧與碳、鉻、硅、錳等元素的反應(yīng)。依據(jù)鋼冶金原理、結(jié)合AOD的投入使用,技術(shù)人員對原不銹鋼冶煉的主要工藝參數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。

  AOD法是利用氬、氧氣體對鋼液進(jìn)行吹煉,以混合氣體的形式從爐底側(cè)面向熔池吹入。在吹煉過程中,由于CO分壓被氬氣稀釋而降低,這樣就大大有利于冶煉不銹鋼時的脫碳保鉻。在AOD精煉的還原階段,由于加入硅鐵和石灰石爐渣脫氧,同時又有氬氣的激烈攪拌,因此鋼液可以深度脫硫;AOD精煉期氬氣的激烈攪拌可促使鋼液中的氧化物分離、上浮,鋼水的清潔度提高,因此鋼液中的夾雜物含量少,幾乎不存在大顆粒夾雜,夾雜物的主要形態(tài)也由電爐法的錳硅酸鹽變?yōu)殁}硅酸鹽。

  此外,AOD法還可以在吹煉過程中脫除鋼中的鉛。有研究表明,不銹鋼中含有一定的鉛會影響其熱加工性能,而經(jīng)過AOD吹煉,成品鋼中的ω(Pb)≤10×10-6以下,完全不會影響鋼的性能。

  通過工藝改進(jìn)和AOD的使用,獲得了高質(zhì)量的鋼水,采用Si-Ca、Si-Fe等復(fù)合脫氧,鋼水ω(O)降至80×10-6;選用活性石灰強(qiáng)化脫硫,使ω(S)降至0.015%以下,大幅度提高了鋼水清潔度,滿足了熔煉成分及各項理化指標(biāo)的要求;鋼水中有害氣體成分和球狀氧化物夾雜(球狀氧化物評級不超過2.0)的含量大大降低;鋼水純凈度的提高,增強(qiáng)了鑄件基體抗裂紋的能力。