专利名称：一种高氮高锰不锈钢及其冶炼方法
技术领域：
本发明涉及一种高氮高锰不锈钢的冶炼方法，还涉及该方法制备得到的高氮高锰不锈钢。
背景技术：
在不锈钢的应用中，低碳高锰高氮无磁不锈钢主要应用于石油行业制造测量油井方位的无磁钻铤、桥梁缆索、汽车支架、高强螺栓、耐磨性网、弹性材料等高强度材料。各种需求不断增加，对其冶炼方法的要求也是越来越高。目前低碳高锰高氮无磁不锈钢的冶炼一般采用如下的工艺电炉一钢包精炼炉(LF炉)一模铸、中频炉一钢包精炼炉(LF炉)一模铸或转炉一真空吹氧脱碳(VOD) —钢包精炼炉(LF炉)一模铸，而在该生产工艺中主要控制难点有碳的控制、锰的合金化和氮的控制，需要加入大量的氮化锰或氮化铬。转炉采用脱磷铁水脱碳处理，VOD进行深脱碳，LF通过加入昂贵的氮化锰进行氮、锰的合金化，LF加入合金量大，需要持续的加料和送电升温，冶炼时间长、生产效率低，而且冶炼成本偏高。
发明内容
本发明解决的技术问题是克服了现有技术中冶炼高锰高氮不锈钢工艺中冶炼时间长，生产效率低，冶炼成本偏高的缺陷，开发了一种新的高猛高氮不锈钢的冶炼工艺。本发明通过如下技术方案实现的一种不锈钢的冶炼方法，其特征在于，该方法包括如下步骤
(I)电炉冶炼工序将含铬废钢与含锰废钢加入电炉进行冶炼，控制锰含量为3-6%，铬含量为24%-28%，电炉化清出钢；(2)氮氧脱碳精炼工序将步骤(I)的钢水转入到氮氧精炼炉精炼工位进行精炼，精炼过程全程通入氮气，氮气的流量2000-2200Nm3/h，先进行脱碳，脱碳结束后加入金属Mn后升温；之后进行还原，还原后进行造渣；造渣后加入氮锰合金，此时通入氮气的流量为900-1100Nm3/h，搅拌，之后将钢水出钢到模铸包内；(3)钢包精炼工序将步骤(2)的模铸钢包转移到的钢包炉精炼工位进行精炼，精炼过程分步加入氮锰合金，之后进行吹氩处理，精炼处理完毕；以及(4)模铸工序将步骤(3)处理完毕的钢包吊至模铸工位进行铸钢。其中，所述步骤(2)在冶炼过程中，氧氮体积比例从7 :1逐渐调整到I :7，优选氮氧体积比例从7 :1依次经过3:2，1:2，1:3，1:5调整到I :7。其中，所述步骤(I)中的含铬废钢为Crl3废钢和/或高碳铬铁；含锰废钢为20Μη23Α1 废钢。其中，步骤(3)中分步加入氮锰合金为氮化锰，优选每步加入氮化锰的量为200kg以下。其中，所述步骤(2)中脱碳后的碳含量为O. 015%-0. 025% ;优选所述步骤(2)中还原后C含量在O. 015-0. 10%, Mn含量在16. 00%以上，N含量达到4000ppm以上。其中，步骤(2)所述加入金属Mn后加入钥铁和硅铁升温到1670°C _1730°C。其中，步骤(3)中加入氮化锰的过程中，当温度低于1500°C时给电升温；氮化锰加入完毕后升高温度到1540-1560°C后开始吹氩处理。其中，所述步骤(2)中，开始通入氮气时，温度为1470_1520°C。其中，步骤(3)中吹氩处理之后将温度调整至1492_1498°C结束精炼。其中，步骤(2)所述进行造渣，加入的造渣材料为石灰、萤石、Al粉和/或CaSi粉；优选步骤(2)中钥合金为钥铁，硅合金为硅铁，还原时加入硅铁和萤石；优选步骤(2)中造 洛后加入的氮锰合金为氮化锰；优选步骤(2)中加入的锰是金属锰或/或电解锰。其中步骤(3)的吹氩处理的过程为先以流量50-300L/min进行吹氩10-20分钟，之后以流量20-50L/min进行吹氩10-15分钟。 一种上述冶炼方法冶炼得到的不锈钢。所述不锈钢中锰含量在16%以上，铬含量在15%以上，氮含量在5000ppm以上。所述不锈钢中碳含量小于O. 04%,磷含量在O. 030%以下。在本发明中使用的脱碳方法为氮氧脱碳法，因此在本文中的表达“AOD (argonoxygen decarbonization)”应当理解为氮氧脱碳方法。本发明的有益效果如下I、缩短冶炼时间通过采用本发明的冶炼方法，充分利用AOD脱碳速度快、增氮时间短的特点，AOD独有的氧氮混合气使大量Cr可以在电炉合金化、在AOD中直接加入，减少了 LF的加料负担，全程工艺过程中，电炉、A0D、LF周期时间分别为70、120、60分钟，采用传统工艺，周期总时间在350分钟以上；2、提高增氮效率、降低增氮成本AOD具有的大流量氮气、使气体增氮切实可行，冶炼过程通过吹氮增氮，AOD出钢后氮含量达到了 4500ppm以上，AOD吨钢氮耗为120Nm3/t，氮气市场价为O. 5元/Nm3，每吨钢增氮成本仅为60元/t ;3、通过合理配料达到原料成本最优化由于AOD具有增氮效果，氮化锰增氮为辅助手段，钢中配Mn具有更宽松的条件，本发明采用电炉高锰钢配Mn到3-6%、A0D氧化结束和还原结束金属锰配Mn达到16. 5%以上，出钢前和LF加入2t-2. 5t的氮化锰进行配Mn，过程使用较廉价的含锰钢原料，可以降低成本；4、提高钢水纯净度充分AOD强大的脱氧和脱硫能力，通过一次还原和二次重新造渣方法，是出AOD钢水S含量能达到O. 002%以下，甚至更低，而且LF加料负担较轻，有更多的时间进行精炼，吹氩搅拌充分，渣系稳定性强，有利于夹杂物的充分上浮和钢水成本和温度的均匀。
具体实施例方式本发明的不锈钢冶炼方法采用工艺路线为电炉一AOD — LF—模铸。该冶炼方法在冶炼高锰高氮不锈钢上具有多方面的改进，首先通过优化电炉配料工艺，采用廉价的含锰废钢替代部分金属锰配料工艺，降低原料成本，同时解决高锰脱碳与锰的氧化影响；第二，通过优化AOD吹炼工艺及锰合金化工艺，采用气体增氮和合金增氮结合的控氮方式，形成一套常压冶炼高锰高氮冶炼优化方法，解决了采用VOD-LF工艺条件下对生产效率的制约，实现AOD在常压下冶炼氮含量> 5000ppm的高氮品种。本发明冶炼方法使用氮氧脱碳法进行冶炼，其中该不锈钢中锰含量在17%以上，铬含量在15%以上，氮含量在5000ppm以上。也就是说，本发明冶炼方法适合于高氮高锰不锈钢的冶炼。本发明的冶炼方法包括如下步骤(I)电炉冶炼工序将含铬废钢与含锰废钢加入电炉进行冶炼，控制锰含量为3-6%，铬含量为20-24. 5%，电炉化清出钢；在该步骤中，采用廉价的高锰废钢替代部分价格昂贵的金属锰，创造性地解决技术问题，通过优化电炉配Mn量达到AOD脱碳的最佳效率和防止锰氧化的最优化配料，较低成本，其中优化的电炉配锰为3-6%，优选锰含量控制为4. 5%。(2)氮氧精炼炉精炼工序将步骤(I)的钢水转入到氮氧精炼炉精炼工位进行冶炼，全程吹氮，氮气的流量为1800-2300Nm3/h脱碳，脱碳后的碳含量为O. 015%-0. 025% ;脱碳结束后加入金属Mn、钥铁和娃铁；之后加入娃铁和萤石进行一次还原，一次还原后进行造渣；造渣后加入氮化锰，搅拌，通入氮气，之后将钢水出钢到模铸包内；优选地，通入氮气，氮气流量900-1100Nm3/h ;更优选地，在冶炼过程中，根据C含量和温度调整氧氮比例，氧氮比例从7 1调整至I -J ;加入的造渣材料为石灰、萤石、Al粉和/或CaSi粉。在该步骤中，根据C含量和温度调整氧氮比例，氧氮比例从7 :1调整至I :7，具体见下表1，至少经过下述几个比例变化最终达到将碳含量降到最低。表I根据碳含量和温度对氮氧比例进行调整的规律
权利要求
1.一种不锈钢的冶炼方法，其特征在于，该方法包括如下步骤 (1)电炉冶炼工序将含铬废钢与含锰废钢加入电炉进行冶炼，控制锰含量为3-6%，铬含量为24%-28%，电炉化清出钢； (2)氣氧脱碳精炼工序将步骤(I)的钢水转入到氣氧精炼炉精炼工位进行精炼，精炼过程全程通入氮气，氮气的流量2000-2200Nm3/h，先进行脱碳，脱碳结束后加入金属Mn后升温；之后进行还原，还原后进行造渣；造渣后加入氮锰合金，此时通入氮气的流量为900-1100Nm3/h，搅拌，之后将钢水出钢到模铸包内； (3)钢包精炼工序将步骤(2)的模铸钢包转移到的钢包炉精炼工位进行精炼，精炼过程分步加入氮锰合金，之后进行吹氩处理，精炼处理完毕；以及 (4)模铸工序将步骤(3)处理完毕的钢包吊至模铸工位进行铸钢。
2.如权利要求I所述的不锈钢的冶炼方法，其中所述步骤(2)在冶炼过程中，氧氮体积比例从7 I逐渐调整到I :7，优选氮氧体积比例从7 I依次经过3: 2，1: 2，1: 3，1:5调整到I :7。
3.如权利要求I或2所述的不锈钢的冶炼方法，其中所述步骤(I)中的含铬废钢为Crl3废钢和/或高碳铬铁；含锰废钢为20Mn23Al废钢。
4.如权利要求1-3任一项所述的不锈钢的冶炼方法，其中步骤(3)中分步加入氮锰合金为氮化锰，优选每步加入氮化锰的量为200kg以下。
5.如权利要求1-4任一项所述的不锈钢的冶炼方法，其中所述步骤(2)中脱碳后的碳含量为0. 015%-0. 025% ;优选所述步骤(2)中还原后C含量在0. 015-0. 10%, Mn含量在16. 00%以上，N含量达到4000ppm以上。
6.如权利要求1-5任一项所述的不锈钢的冶炼方法，其中步骤(2)所述加入金属Mn后加入钥铁和硅铁升温到1670°C -1730°C。
7.如权利要求1-6任一项所述的不锈钢的冶炼方法，其中步骤(3)中加入氮化锰的过程中，当温度低于1500°C时给电升温；氮化锰加入完毕后升高温度到1540-1560°C后开始吹氩处理。
8.如权利要求1-7任一项所述的不锈钢的冶炼方法，其中所述步骤(2)中，开始通入氮气时，温度为1470-1520°C。
9.如权利要求1-8任一项所述的不锈钢的冶炼方法，其中步骤(3)中吹氩处理之后将温度调整至1492-1498°C结束精炼。
10.如权利要求1-9任一项所述的不锈钢的冶炼方法，其中步骤(2)所述进行造渣，力口入的造渣材料为石灰、萤石、Al粉和/或CaSi粉；优选步骤(2)中钥合金为钥铁，硅合金为硅铁，还原时加入硅铁和萤石；优选步骤(2)中造渣后加入的氮锰合金为氮化锰；优选步骤(2)中加入的锰是金属锰或/或电解锰。
11.如权利要求1-10任一项所述的不锈钢的冶炼方法，其中步骤(3)的吹氩处理的过程为先以流量50-300L/min进行吹気10-20分钟，之后以流量20_50L/min进行吹気10-15分钟。
12.—种权利要求1-11任一项所述的不锈钢的冶炼方法冶炼得到的不锈钢。
13.如权利要求12所述的不锈钢，其特征在于，锰含量在16%以上，铬含量在15%以上，氮含量在5000ppm以上。
14.如权利要求12或13所述的不锈钢，碳含量小于0. 04%，磷含量在 0. 030%以下。
全文摘要
本发明公开一种不锈钢的冶炼方法，包括如下步骤(1)电炉冶炼工序将含铬废钢与含锰废钢加入电炉进行冶炼，控制锰含量为3-6%，铬含量为24%-28%，电炉化清出钢；(2)氮氧脱碳精炼工序将钢水转入到氮氧精炼炉精炼工位进行精炼，精炼过程全程通入氮气，氮气的流量2000-2200Nm3/h，先进行脱碳，脱碳结束后加入金属Mn后升温；之后进行还原，还原后进行造渣；造渣后加入氮锰合金，此时通入氮气的流量为900-1100Nm3/h，搅拌，之后将钢水出钢到模铸包内；(3)钢包精炼工序，其中精炼过程分步加入氮锰合金，之后进行吹氩处理以及(4)模铸工序。本发明还提供了上述冶炼方法得到的不锈钢。本发明的冶炼方法可以缩短冶炼时间；提高增氮效率、降低增氮成本；提高钢水纯净度。
文档编号C22C33/06GK102965584SQ20121055015
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者刘明生, 赵大同, 赵晓明, 武鹏, 李谦, 谭建兴, 段鹏飞 申请人:山西太钢不锈钢股份有限公司