高纯净度冷轧薄板用奥氏体不锈钢及其生产方法与流程

技术领域

本发明涉及一种不锈钢冶炼方法，更具体的说，本发明主要涉及一种高纯净度冷轧薄板用奥氏体不锈钢及其生产方法。

背景技术：

在过去的四、五十年间，全球不锈钢产量一直以平均5％以上的增长率增长。在发展过程中也逐步形成了马氏体不锈钢（包括沉淀硬化不锈钢）、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相（奥氏体+铁素体）不锈钢等四大类，其中用途最为广泛的为304奥氏体不锈钢，304奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性、 耐高低温性、 高强度、外观精美，同时兼顾优良力学性能和工艺性能，广泛应用于石油化工、原子能、航天航空、 能源、交通、轻工、纺织、民用五金等各个工业部门，是这些领域建设和发展不可缺少的重要材料。在不锈钢高速发展的同时，各种304钢种BA板、精密带、8K镜面板等不锈钢材料的应用普及对不锈钢的纯净度提出了更高的要求。

目前行业内生产304比较成熟，高纯净度304冷轧薄板是最受市场欢迎的产品，但大部分因为内部纯净度的原因只能生产至冷轧中厚板使用，生产至冷轧薄板有较高比例的板面剥皮缺陷（内部非金属夹杂物造成），难以达到使用要求。夹杂物按其来源可分为内生夹杂和外来夹杂两种，随着冶炼技术不断进步，钢水的纯净度明显提高，钢中的夹杂物数量逐渐减少。目前国内外提出了较为有效控制钢水中夹杂物的方法，如控制钙的添加量提高钢水的纯净度和高精度定量分析CaO系夹杂物等，但上述措施均是最大限度的去除钢液中夹杂物，并未从源头减少钢液中非金属夹杂物的卷入，不能从根本上降低下游缺陷的发生率，且优化成分设计可大大提升奥氏体不锈钢钢种对杂质的容忍能力，也暂未有提及，因而有必要针对这类不锈钢及其冶炼方法做进一步的研究和改进。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种高纯净度冷轧薄板用奥氏体不锈钢及其生产方法，以期望解决现有技术中冷轧薄板易因非金属杂质造成板面剥皮缺陷，无法从源头减少钢液中非金属夹杂物的卷入，不能从根本上降低下游缺陷的发生率等技术问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供了一种高纯净度冷轧薄板用奥氏体不锈钢，所述的奥氏体不锈钢包括：0.03％～0.06％的C，0.3％～0.6％的Si，1.0％～1.3％的Mn，18.00％～18.50％的Cr，8.00％～8.20％的Ni，0.025％～0.050％的N，0～0.5％的Cu，0～0.045％的P，0～0.0080％的S，余量为Fe以及不可避免的杂质；所述的奥氏体不锈钢的Dg值为6.0％～8.0％，Md30值为-20℃～20℃。

作为优选，进一步的技术方案是：所述的Dg值为奥氏体不锈钢凝固后其δ铁素体相的残留量百分比，由下式得出：

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所述的Md30值为奥氏体不锈钢在进行30％拉伸变形时，其中有50％组织转变为马氏体时的温度，由下式得出：

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本发明另一方面提供了一种高纯净度冷轧薄板用奥氏体不锈钢的生产方法，所述的方法包括：

步骤A、提高电弧炉、矿热炉出钢时钢水C、Si含量，给AOD精炼炉创造良好的开吹条件；AOD精炼炉的化钢温度为1500～1550℃ 。

步骤B、在AOD精炼炉还原期中，硅铁、萤石投入结束后进行搅拌，确保还原Si＞0.3％，钢液总O＜0.005％，还原S＜0.008％，精炼补加合金总量＜500Kg，精炼时间≥5min；

步骤C、还原扒渣后渣量控制在2吨以上，碱度CaO/SiO₂=1.8~2.0%，确认渣性良好；出钢温度＞1600℃，出钢时，前1/3慢出后快速出钢，及时投入碳化稻壳减少钢液裸漏；

步骤D、钢水到LF炉根据钢水温度进行送电操作，使钢液温度达到1500℃以上，并强度搅拌5min以上，保证钢水温度均匀；取样分析，当S含量<0.0030％时，添加50Kg改质剂调整顶渣碱度；

步骤E、根据成分内控规范，微调钢水成分并使Dg值、Md30值达到目标范围；喂入钙硅线110M，同时投入碳化稻壳防止渣硬化，并进行软搅14～16min，镇静10～25min；

步骤F、在LF炉站同时管控合金补加总量<300kg，出钢温度在1510～1525℃，以保证中包温度，钢液上转台前确认成分合格；

步骤G、连铸拉速保证1.25~1.4m/min恒定，拉速波动<0.05m/min；交接炉实行大包下渣自动监测，提前关闭大包，并每8炉排渣一次；

步骤H、浇铸全过程采用无氧化保护浇铸，保证钢包自开，确保长水口氩封、浸入式水口与上水口板间氩气正常，中包钢液使用覆盖剂覆盖，从而在浇铸过程中实现与空气的隔离。

作为优选，进一步的技术方案是：所述步骤A中，当钢水中的C ＞2.5％时，将AOD精炼炉的化钢温度控制在接近于下限值的值，当C＜2.5％时，将AOD精炼炉的化钢温度控制在接近于上限值的值。

更进一步的技术方案是：所述步骤B中，在AOD精炼炉还原期中硅铁、萤石投入结束后的搅拌时间大于8min 。

更进一步的技术方案是：所述步骤F中，保证中包温度为1485～1500℃，适当高的过热度有利于提高钢液流动性，夹杂物上浮动能大。

更进一步的技术方案是：所述步骤G中，每8炉排渣一次，加快大包转包节奏，保证交接炉中包吨位，进而使75％以上的中包液位能有效去除钢液中的夹杂物。

更进一步的技术方案是：所述步骤E中，Dg值为奥氏体不锈钢凝固后其δ铁素体相的残留量百分比，由下式得出：

；

Md30值为奥氏体不锈钢在进行30％拉伸变形时，其中有50％组织转变为马氏体时的温度，由下式得出：

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与现有技术相比，本发明的有益效果是主要为：

1、通过对DG值与Md30 值进行合理控制，配合热轧加工工艺，减少板坯内部及表层裂纹的产生，大幅降低了钢卷热加工、冷加工表面及边部裂纹的出现，改善了产品质量，提高了成品率；

2、强化了AOD精炼炉还原，降低钢液中的氧含量；LF炉吹氩大搅拌、充足软吹镇静时间以及硅钙线适量加入，促使夹杂物上浮或改性；浇注全程无氧化保护浇注，避免钢液的二次氧化；

3、通过对不锈钢进行成分设计，执行中间包冶金各项操作，改善连铸中间包冶金能力，从源头遏制了夹杂物残留；整个过程因对钢液夹杂物的有效遏制、去除，提高了钢水纯净度，改善了钢坯内部品质，降低不锈钢热轧、冷轧加工过程中出现的表面缺陷问题，使得下游生产的冷轧薄板品质能够应用于生产更高精尖的不锈钢产品。

附图说明

图1为用于说明本发明一个实施例的工艺流程框图；

图2为用于说明本发明实施效果中奥氏体不锈钢的夹杂物统计图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

在本发明所述奥氏体不锈钢的元素配比中：

C是一种间隙元素，通过固溶强化可显著提高钢的强度，形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区，但在一定条件下C与钢中的Cr结合形成Cr₂₃C₆型碳化物，使钢的耐蚀性特别是耐晶间腐蚀性能下降，因此C应被控制在0.03～0.06％。

Si是一种还原剂和脱氧剂，硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，但硅量增加，会降低钢的焊接性能，因此，Si被定义为0.3～0.6％之间。

Mn是强烈稳定奥氏体的元素，适宜的Mn/S比可大幅降低钢种S生成的粗大链状氧化物的可能性，提高钢的强度并改善钢的热塑性，但过量的Mn降低可成形性和焊接性，因此，Mn被定义为1.0～1.3％之间。

Cr是铁素体相的形成元素，提高钢耐氧化性介质和酸洗氯化物介质的性能，为提高钢种DG值适当增加Cr含量，因此，Cr被定义为18.0~18.5％。

Ni是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素，随着镍含量的增加，钢的强度降低而塑性提高，有利于冷加工成形性能，因此，Ni定义为8.0~8.20％。

O是钢液中有害的元素，极易与铝、镁进行氧化生成Al₂O₃、MgO等化合物，在炼钢、连铸过程中卷入钢液，影响钢液度纯净度，因此，O被定义为小于0.005％。

N作为固溶强化元素提高奥氏体不锈钢的强度，也可以提高钢的耐腐蚀性能，但N含量偏高以后会降低不锈钢的热、冷加工性及冷成形性，兼顾Dg值6.0％～8.0％的目标，因此，N定义为0.025％～0.050％。

实施例1

本实施例提供了一种奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分配比为：C的含量为0.037％；Si的含量为0.46％；Mn的含量为1.07％；Cr的含量为18.25％；Ni的含量为8.06％；N的含量为0.0434％；P的含量为0.026％；S的含量为0.0035％，Cu的含量为0.035％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；按成分计算的Dg值为7.81％，Md30值为15.92℃。

上述的Dg值为奥氏体不锈钢凝固后其δ铁素体相的残留量百分比，可由下式计算得出：

；

上述的Md30值为奥氏体不锈钢在进行30％拉伸变形时，其中有50％组织转变为马氏体时的温度，可由下式计算得出：

。

参考图1所示，基于上述的高奥氏体不锈钢的元素配比，本实施例优选按照如下步骤进行生产操作，即一种高纯净度冷轧薄板用奥氏体不锈钢的生产方法：

步骤1、矿热炉出钢碳含量在3.001％，硅含量0.671％，出钢温度1550℃；

步骤2、碳、硅含量足够，AOD精炼炉化钢温度1511℃；

步骤3、AOD精炼炉还原期硅铁、萤石投入结束后搅拌8分钟，还原Si=0.35％，S=0.004％，精炼补加合金总量210Kg，精炼时间在6分钟；

步骤4、还原扒渣后渣量控制在2.1吨，碱度CaO/SiO2=1.98％，出钢温度1620℃，碳化稻壳投入8包；

步骤5、钢水到LF炉站温度1580℃，强度搅拌6分钟，保证钢水温度均匀；取样分析，S含量0.0034％，无需添加改质剂；

步骤6、温度合适后，根据成分内控规范，微调钢水成分，Dg=7.91％、Md30值=16.12℃；喂入钙硅线110米，碳化稻壳4包，并进行软搅15分钟，镇静15分钟；

步骤7、LF炉站合金补加总量110kg，出钢温度在1525℃，中包温度在1495℃，钢液上转台前成分合格；

步骤8、大包自开，连铸拉速1.35m/min恒定，拉速波动<0.05m/min；交接炉实行大包下渣监测，提前关闭大包，包内留渣4.3吨，每8炉排渣一次，交接炉中包吨位22.7吨；

步骤9、浇铸全过程采用无氧化保护浇铸，钢包自开，长水口氩封、浸入式水口与上水口板间氩气正常，交接炉中包投入2包覆盖剂覆盖，从而在浇铸过程中实现与空气的隔离。

步骤10、该炉为连浇第10炉，连铸浇铸总炉数35炉，下游冷轧反馈无因夹杂物降级。

在本实施例中，通过对不锈钢成分设计、冶炼过程中重点环节的过程控制和对中间包进行技术改造，从源头上遏止非金属夹杂物的残留，提升钢液的清净度，改善钢坯内部品质，降低不锈钢热轧、冷轧加工过程中出现的表面缺陷问题，使得下游生产的冷轧薄板品质能够应用于生产更高精尖的不锈钢产品。

实施例2

本实施例仍然提供了一种奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分配比为：C的含量为0.046％；Si的含量为0.40％；Mn的含量为1.05％；Cr的含量为18.19％；Ni的含量为8.026％；N的含量为0.0487％；P的含量为0.033％；S的含量为0.0040％，Cu的含量为0.026％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，按成分计算的Dg值为6.26％，Md30值为12.14℃。其中Dg值与Md30值的计算方式与上述的实施例相同。

仍然参考图1所示，基于上述的高奥氏体不锈钢的元素配比，本实施例优选按照如下步骤进行生产操作，即一种高纯净度冷轧薄板用奥氏体不锈钢的生产方法：

步骤1、矿热炉出钢碳含量在2.54％，硅含量0.451％，出钢温度1510℃；

步骤2、碳、硅含量稍偏低，AOD精炼炉的化钢温度1545℃；

步骤3、AOD精炼炉还原期硅铁、萤石投入结束后搅拌9分钟，还原Si=0.41％，S=0.005％，精炼补加合金总量320Kg，精炼时间在7分钟；

步骤4、还原扒渣后渣量控制在2.3吨，碱度CaO/SiO₂=1.90％，出钢温度1604℃，碳化稻壳投入7包；

步骤5、钢水到LF炉站温度1560℃，升温后强度搅拌5分钟，保证钢水温度均匀；取样分析，S含量0.0041％，无需添加改质剂；

步骤6、温度合适后，根据成分内控规范，微调钢水成分，Dg值6.51％、Md30值为13.05℃；喂入钙硅线110米，碳化稻壳4包，并进行软搅14分钟，镇静17分钟；

步骤7、LF炉站合金补加总量70kg，出钢温度在1522℃，中包温度在1489℃，钢液上转台前成分合格；

步骤8、大包自开，连铸拉速1.30m/min恒定，拉速波动＜0.05m/min；交接炉实行大包下渣监测，提前关闭大包，包内留渣3.9吨，每8炉排渣一次，交接炉中包吨位23.1吨；

步骤9、浇铸全过程采用无氧化保护浇铸，钢包自开，长水口氩封、浸入式水口与上水口板间氩气正常，交接炉中包投入1包覆盖剂覆盖，从而在浇铸过程中实现与空气的隔离。

步骤10、该炉为连浇第21炉，连铸浇铸总炉数40炉，下游冷轧反馈无因夹杂物降级。

实施例3

本实施例还是一种奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分配比为：C的含量为0.051％；Si的含量为0.428％；Mn的含量为1.06％；Cr的含量为18.29％；Ni的含量为8.044％；N的含量为0.0426％；P的含量为0.035％；S的含量为0.0051％，Cu的含量为0.124％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，按成分计算的Dg值为6.83，Md30值为7.12℃。

还是参考图1所示，基于上述的高奥氏体不锈钢的元素配比，本实施例优选按照如下步骤进行生产操作，即一种高纯净度冷轧薄板用奥氏体不锈钢的生产方法：

步骤1、矿热炉出钢碳含量在2.871％，硅含量0.359％，出钢温度1590℃；

步骤2、碳、硅含量足够，AOD精炼炉的化钢温度1530℃；

步骤3、AOD精炼炉还原期硅铁、萤石投入结束后搅拌8分钟，还原Si=0.39％，S=0.0048％，精炼补加合金总量340Kg，精炼时间在6分钟；

步骤4、还原扒渣后渣量控制在2.5吨，碱度CaO/SiO₂=1.87％，出钢温度1595℃，碳化稻壳投入6包；

步骤5、钢水到LF炉站温度1540℃，送电升温后强度搅拌5分钟，保证钢水温度均匀；取样分析，S含量0.0050％，无需添加改质剂；

步骤6、温度合适后，根据成分内控规范，微调钢水成分，Dg=7.03、Md30值=8.25℃；喂入钙硅线110米，碳化稻壳4包，并进行软搅16分钟，镇静20分钟；

步骤7、LF炉站合金补加总量90kg，出钢温度在1519℃，中包温度在1493℃，钢液上转台前成分合格；

步骤8、大包自开，连铸拉速1.30m/min恒定，拉速波动<0.05m/min；交接炉实行大包下渣监测，提前关闭大包，包内留渣4.7吨，每8炉排渣一次，交接炉中包吨位22.9吨；

步骤9、浇铸全过程采用无氧化保护浇铸，钢包自开，长水口氩封、浸入式水口与上水口板间氩气正常，交接炉中包投入2包覆盖剂覆盖，从而在浇铸过程中实现与空气的隔离。

步骤10、该炉为连浇第34炉，连铸浇铸总炉数42炉，下游冷轧反馈无因夹杂物降级。

通过上述以及发明人在试验过程中所进行了其它实施例对成分设计、炼钢、连铸及以上的其它过程控制进行严格管控，逐步优化冶炼及中间包冶金环境，2016年1月～3月申请人在生产时冷轧因夹杂物降级比例已降低1％以内，4～6月底稳定在0.5％以内，正常坯已无因夹杂物降级发生，交接坯因夹杂物降级比例已稳定在0.5％以内，详见附图1，在图1中，横坐标为温度值，纵坐标为总体、正常坯以及交接坯的百分比数值；由此可知，本发明所提供的冶炼方法可在奥氏体不锈钢生产过程中从源头上遏止钢液中非金属夹杂物的残留，提升钢液的纯净度。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。