一种304ln核电用奥氏体不锈钢的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种304LN核电用奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：(一)EAF电弧炉粗炼；(二)AOD精炼；(三)浇注；(四)热加工锻造；(五)热处理。本发明的制备方法工艺步骤简单，易操作，适合工业化生产，通过对不锈钢化学成分的严格控制以及对冶炼、锻造、热处理工艺的优化设计，以进一步提高304LN核电用奥氏体不锈钢的耐蚀性能和力学性能。
【专利说明】-种304LN核电用奥氏体不锈钢的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属冶炼【技术领域】，尤其是涉及一种304LN核电用奥氏体不锈钢的制 备方法。
【背景技术】
[0002] 奥氏体不锈钢由于具有良好的耐蚀性和力学性能，已经广泛用于核裂变反应堆高 温环境部件的制备，如堆内构件、硼注箱、核乏料储运装置和核燃料水池等。然而，随着各种 堆型核电站的建造、运行和容器的增大，以及结构（壁厚等）、腐蚀性等方面的研讨，目前通 用的304LN奥氏体不锈钢其耐腐蚀性及力学性能已经无法满足实际需求，因此急需进一步 提高304LN奥氏体不锈钢其耐腐蚀性及力学性能以适应核电工业的高速发展。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种304LN核电用奥氏体不锈钢的制备方法，本发明的制备 方法工艺步骤简单，易操作，适合工业化生产，通过对不锈钢化学成分的严格控制以及对冶 炼、锻造、热处理工艺的优化设计，以进一步提高304LN核电用奥氏体不锈钢的耐蚀性能和 力学性能。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0005] -种304LN核电用奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
[0006] (一）EAF电弧炉粗炼
[0007] 选用GCrl5或原生态SP < 0. 02%的优质废钢作为原材料加入EAF电弧炉进 行熔炼，原材料中配C的含C量> 0. 7 %，成分初控Cr > 17 %，在镍铁脱P时，控制钢中 Cr彡L 5 %，在氧化期脱P时，控制熔池温度1510?1530°C，氧气压力0· 4?0· 5Mpa，脱 P彡0.012%，脱C彡0.5% ;氧化期流渣后，控制熔池温度1630?1660°C，取样分析，当 P彡0. 012%，调整钢水成分后，升温至1680?1700°C兑钢，兑钢时，主副枪全部吹N2，主枪 压力6?7kg/cm 2,副枪压力6?7kg/cm2。调整钢水成分以使钢水能适应随后的精炼炉的 冶炼要求。
[0008] (二）AOD 精炼
[0009] (I) I期吹炼：02 : N2 = 4?5 : 1，其中氧气流量控制在850?900m3/h，同时控 制成分Cr : 18. 2?18. 5%，Ni :8. 1?8. 2%，温度控制在1650± KTC，终点C控制在(λ 2? 0· 25%。
[0010] ⑵II期吹炼：〇2 : N2 = 1?2 : 1，其中氧气流量控制在850?900m3/h，加 CaO， 温度控制在1690°C ± KTC，C控制在0. 03?0. 05%。
[0011] (3)111期吹炼：〇2 : N2 = I : 1?2,其中氧气流量控制在850?900m3/h，加 CaO， 待终点C控制彡0. 01 %时，温度控制在1690± KTC，纯吹Ar 3?5min。
[0012] (4)预还原：加入Si-Fe粉还原，取样分析，取样分析的Si彡0. 30%时，控制温度 在 1700 ?1715°C，纯吹 Ar 4 ?5min，Ar 流量 400 ?600m3/h。
[0013] (5)还原：扒渣全部，加入铝锭还原，同时加入CaO和CaF2重新造渣，调整Cr、 Ni、Mn含量达到成品中下限时，纯吹Ar至少3min，Ar流量400?600m3/h，控制温度在 1600 ± KTC，加入稀土。
[0014] (6)出钢：将钢包调整好，对准钢包全流出钢，出钢时在钢流中加入CaSi块、硼铁。
[0015] (三）浇注
[0016] 钢包烘烤温度彡800°C，镇静4?6min后开始浇注，钢锭模模温> 70°C，平板二块 浇完，浇注时采用Ar保护。
[0017] (四）热加工锻造
[0018] 总锻造比彡4,每火次变形量彡30%，头部切除量为15?16%，尾部切除量为5? 6%，锻造温度范围1150?860°C，锻造后按退化工艺680?750°C X 2. 5分钟/毫米，空冷。
[0019] (五）热处理
[0020] 淬火温度1030?1150°C，保温时间I. 0?1. 4分钟/毫米，油冷彡75°C后，空冷； 回火温度630?680°C，保温时间2. 3?2. 7分钟/毫米，空冷。本发明中保温时间均按锻 件截面厚度计算。
[0021] 作为优选，步骤（2)中，CaO的加入量为25?30kg/吨钢。
[0022] 作为优选，步骤（3)中，CaO的加入量为28?30kg/吨钢。
[0023] 作为优选，步骤（4)中，Si-Fe粉的加入量为10?12kg/吨钢。
[0024] 作为优选，步骤（5)中，铝锭的加入量为1?I. 2kg/吨钢，CaO的加入量为28? 30kg/吨钢，CaF2的加入量为7?8kg/吨钢，稀土的加入量为0. 1?0. 16kg/吨钢。
[0025] 作为优选，步骤（6)中出钢时，CaSi块的加入量为0. 75?0. 9kg/吨钢，硼铁的加 入量为0. 1?0. 12kg/吨钢。
[0026] 因此，本发明的有益效果是：工艺步骤简单，易操作，适合工业化生产，通过对不锈 钢化学成分的严格控制以及对冶炼、锻造、热处理工艺的优化设计，含N较高，提高奥氏体 区，并控制氮化铬晶体在晶界上的析出，从而以进一步提高304LN核电用奥氏体不锈钢的 耐蚀性能和力学性能。
【具体实施方式】
[0027] 下面通过【具体实施方式】对本发明做进一步的描述。
[0028] 在本发明中，若非特指，所有百分比均为重量单位，所有设备和原料均可从市场购 得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
[0029] 实施例1
[0030] 一种304LN核电用奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
[0031] (一）EAF电弧炉粗炼
[0032] 选用原生态SP < 0. 02%的优质废钢作为原材料加入EAF电弧炉进行熔炼，原材 料中配C的含C量彡0.7%，成分初控Cr彡17%，在镍铁脱P时，控制钢中Cr < 1.5%，在 氧化期脱P时，控制熔池温度1510?1530°C，氧气压力0· 4?0· 5Mpa，脱P彡0· 012%，脱 C彡0. 5%;氧化期流渣后，控制熔池温度1630?1660°C，取样分析，当P彡0. 012%，调整钢 水成分后，升温至1680°C兑钢，兑钢时，主副枪全部吹队，主枪压力6kg/cm2,副枪压力6kg/ cm2。
[0033] (二）AOD 精炼
[0034] (I) I期吹炼：02 : N2 = 4 : 1，其中氧气流量控制在850m3/h，同时控制成分Cr : 18. 2 ?18. 5%，Ni :8. 1 ?8. 2%，温度控制在 1650±10°C，终点 C 控制在 0· 2 ?0· 25%。
[0035] (2)11期吹炼：02:队=1:1，其中氧气流量控制在850!113/11，加0 &0,0&0的加入 量为25?30kg/吨钢，温度控制在1690°C ± 10°C，C控制在0. 03?0. 05% ;
[0036] (3) III期吹炼：02 : N2 = I : 1?2,其中氧气流量控制在850m3/h，加 CaO, CaO 的加入量为28kg/吨钢，待终点C控制彡0. 01 %时，温度控制在1690 ± KTC，纯吹Ar 3min ;
[0037] (4)预还原：加入Si-Fe粉还原，Si-Fe粉的加入量为IOkg/吨钢，取样分析，取样 分析的Si彡0.30%时，控制温度在 1700 ?1715°C，纯吹Ar4min，Ar流量 400m3/h;
[0038] (5)还原：扒渔全部,加入错锭还原,错锭的加入量为Ikg/吨钢，同时加入CaO和 CaF2重新造渣，CaO的加入量为28kg/吨钢，CaF2的加入量为7kg/吨钢，调整Cr、Ni、Mn含 量达到成品中下限时，纯吹Ar至少3min，Ar流量400m 3/h，控制温度在1600±10°C，加入稀 土，稀土的加入量为0. Ikg/吨钢。
[0039] (6)出钢：将钢包调整好，对准钢包全流出钢，出钢时在钢流中加入CaSi块、硼铁， CaSi块的加入量为0. 75kg/吨钢，硼铁的加入量为0. Ikg/吨钢。
[0040] (三）浇注
[0041] 钢包烘烤温度彡80(TC，镇静4min后开始浇注，钢锭模模温> 70°C，平板二块浇 完，浇注时采用Ar保护。
[0042] (四）热加工锻造
[0043] 总锻造比彡4,每火次变形量彡30 %，头部切除量为15 %，尾部切除量为5 %，锻造 温度范围1150?860°C，锻造后按退化工艺680°C X2. 5分钟/毫米，空冷。
[0044] (五）热处理
[0045] 淬火温度1030?1150°C，保温时间I. 0分钟/毫米，油冷彡75°C后，空冷；回火温 度630?680°C，保温时间2. 3分钟/毫米，空冷。
[0046] 将本实施例得到的304LN核电用奥氏体不锈钢与规范要求的常规304LN不锈钢 (参照标准：DIN 17440,牌号：1. 4311)分别进行化学成分和力学性能比较，得到的结果分 别如表1、表2所不。
[0047] 而下述实施例2、实施例3中得到的304LN核电用奥氏体不锈钢与规范要求的常规 304LN不锈钢（参照标准：DIN 17440,牌号：1.4311)分别进行化学成分和力学性能比较， 得到的结果分别与表1、表2所示的结果类似，故不一一赘述。
[0048] 实施例2
[0049] (一）EAF电弧炉粗炼
[0050] 选用GCrl5优质废钢作为原材料加入EAF电弧炉进行熔炼，原材料中配C的含C 量彡0. 7 %，成分初控Cr彡17 %，在镍铁脱P时，控制钢中CrS 1. 5 %，在氧化期脱P时，控 制熔池温度1510?1530°C，氧气压力0· 4?0· 5Mpa，脱P彡0· 012%，脱C彡0· 5% ;氧化 期流渣后，控制熔池温度1630?1660°C，取样分析，当P < 0. 012%，调整钢水成分后，升温 至1690°C兑钢，兑钢时，主副枪全部吹N2，主枪压力6. 5kg/cm2,副枪压力6. 5kg/cm2。
[0051] (二）AOD 精炼
[0052] (I)I期吹炼：02 : Ν2 = 4·5 : 1，其中氧气流量控制在880m3/h，同时控制成分Cr : 18. 2 ?18. 5%，Ni :8. 1 ?8· 2%，温度控制在 1650±10°C，终点 C 控制在(λ 2 ?(λ 25%。
[0053] (2) II期吹炼：02 : N2 = 1. 2 : 1，其中氧气流量控制在880m3/h，加 Ca0，Ca0的加 入量为26kg/吨钢，温度控制在1690°C ± 10°C，C控制在0. 03?0. 05%。
[0054] (3) III期吹炼：02 : N2 = I : 1?2,其中氧气流量控制在880m3/h，加 CaO, CaO 的加入量为29kg/吨钢，待终点C控制彡0. 01 %时，温度控制在1690 ± KTC，纯吹Ar4min ;
[0055] (4)预还原：加入Si-Fe粉还原，Si-Fe粉的加入量为llkg/吨钢，取样分析，取样 分析的3丨彡0.30%时，控制温度在1700?17151：，纯吹44.51^11，41'流量500111 3/11。
[0056] (5)还原：扒渔全部,加入错锭还原，错锭的加入量为I. Ikg/吨钢，同时加入CaO 和CaF2重新造渣，CaO的加入量为29kg/吨钢，CaF2的加入量为7. 5kg/吨钢，调整Cr、Ni、 Mn含量达到成品中下限时，纯吹Ar至少3min，Ar流量500m3/h，控制温度在1600± KTC，力口 入稀土，稀土的加入量为0. 12kg/吨钢。
[0057] (6)出钢：将钢包调整好，对准钢包全流出钢，出钢时在钢流中加入CaSi块、硼铁， CaSi块的加入量为0. 8kg/吨钢，硼铁的加入量为0. Ilkg/吨钢。
[0058] (三）浇注
[0059] 钢包烘烤温度彡80(TC，镇静5min后开始浇注，钢锭模模温> 70°C，平板二块浇 完，浇注时采用Ar保护。
[0060] (四）热加工锻造
[0061] 总锻造比彡4,每火次变形量彡30 %，头部切除量为15. 5 %，尾部切除量为5. 5 %， 锻造温度范围1150?860°C，锻造后按退化工艺700°C X2. 5分钟/毫米，空冷。
[0062] (五）热处理
[0063] 淬火温度1030?1150°C，保温时间1. 2分钟/毫米，油冷彡75°C后，空冷；回火温 度630?680°C，保温时间2. 4分钟/毫米，空冷。
[0064] 实施例3
[0065] (一）EAF电弧炉粗炼
[0066] 选用原生态SP < 0. 02%的优质废钢作为原材料加入EAF电弧炉进行熔炼，原材 料中配C的含C量彡0.7%，成分初控Cr彡17%，在镍铁脱P时，控制钢中Cr < 1.5%，在 氧化期脱P时，控制熔池温度1510?1530°C，氧气压力0· 4?0· 5Mpa，脱P彡0· 012%，脱 C彡0. 5%;氧化期流渣后，控制熔池温度1630?1660°C，取样分析，当P彡0. 012%，调整钢 水成分后，升温至1700°C兑钢，兑钢时，主副枪全部吹队，主枪压力7kg/cm2,副枪压力7kg/ cm2。
[0067] (二）AOD 精炼
[0068] (I) I期吹炼：02 : N2 = 5 : 1，其中氧气流量控制在900m3/h，同时控制成分Cr : 18. 2 ?18. 5%，Ni :8. 1 ?8. 2%，温度控制在 1650±10°C，终点 C 控制在 0· 2 ?0· 25%。
[0069] (2)11期吹炼：02:队=2:1，其中氧气流量控制在900!113/11，加0 &0,0&0的加入 量为25?30kg/吨钢，温度控制在1690°C ± 10°C，C控制在0. 03?0. 05%。
[0070] (3)111期吹炼：02:队=1:2，其中氧气流量控制在900111 3/11，加〇&0，〇&0的加 入量为30kg/吨钢，待终点C控制彡0. 01 %时，温度控制在1690 ± KTC，纯吹Ar 5min ;
[0071] (4)预还原：加入Si-Fe粉还原，Si-Fe粉的加入量为12kg/吨钢，取样分析，取样 分析的Si彡0.30%时，控制温度在 1700 ?1715°C，纯吹Ar5min，Ar流量 600m3/h。
[0072] (5)还原：扒渣全部，加入铝锭还原，铝锭的加入量为I. 2kg/吨钢，同时加入CaO 和CaF2重新造渣，CaO的加入量为30kg/吨钢，CaF2的加入量为8kg/吨钢，调整Cr、Ni、Mn 含量达到成品中下限时，纯吹Ar至少3min，Ar流量4600m3/h，控制温度在1600± KTC，力口 入稀土，稀土的加入量为0.16kg/吨钢。（6)出钢：将钢包调整好，对准钢包全流出钢，出钢 时在钢流中加入CaSi块、硼铁，CaSi块的加入量为0. 9kg/吨钢，硼铁的加入量为0. 12kg/ 吨钢。
[0073](三）浇注
[0074] 钢包烘烤温度彡80(TC，镇静6min后开始浇注，钢锭模模温> 70°C，平板二块浇 完，浇注时采用Ar保护。
[0075] (四）热加工锻造
[0076] 总锻造比彡4,每火次变形量彡30 %，头部切除量为16 %，尾部切除量为6 %，锻造 温度范围1150?860°C，锻造后按退化工艺750°C X2. 5分钟/毫米，空冷。
[0077] (五）热处理
[0078] 淬火温度1030?1150°C，保温时间1. 4分钟/毫米，油冷彡75°C后，空冷；回火温 度630?680°C，保温时间2. 7分钟/毫米，空冷。
[0079] 表1实施例1的304LN核电用奥氏体不锈钢与常规304LN不锈钢化学成分的比较 结果
[0080]
【权利要求】
1. 一种304LN核电用奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (一） EAF电弧炉粗炼 选用GCr 15或原生态SP < 0. 02 %的优质废钢作为原材料加入EAF电弧炉进行熔炼，原 材料中配C的含C量彡0. 7%，成分初控Cr彡17%，在镍铁脱P时，控制钢中Cr < 1. 5%， 在氧化期脱P时，控制熔池温度1510?1530°C，氧气压力0? 4?0? 5Mpa，脱P彡0? 012%， 脱C彡0. 5% ;氧化期流渣后，控制熔池温度1630?1660°C，取样分析，当P彡0. 012%，调 整钢水成分后，升温至1680?1700°C兑钢，兑钢时，主副枪全部吹N2，主枪压力6?7kg/ cm 2,畐Ij枪压力6?7kg/cm2 ; (二） AOD精炼 (1) 1期吹炼：〇2:队=4?5:1，其中氧气流量控制在850?90〇1113/11，同时控制 成分Cr : 18. 2?18. 5%，Ni :8. 1?8. 2%，温度控制在1650± KTC，终点C控制在0? 2? 0. 25% ； (2) 11期吹炼：02 : N2 = I?2 : 1，其中氧气流量控制在850?900m3/h，加CaO,温度 控制在 1690°C ± KTC，C 控制在 0. 03 ?0. 05% ; (3) III期吹炼：02 : N2 = 1 : 1?2,其中氧气流量控制在850?900m3/h，加CaO,待 终点C控制彡0.01 %时，温度控制在1690 ± KTC，纯吹Ar 3?5min; (4) 预还原：加入Si-Fe粉还原，取样分析，取样分析的Si彡0. 30 %时，控制温度在 1700 ?1715°C，纯吹 Ar 4 ?5min，Ar 流量 400 ?600m3/h ; (5) 还原：扒渣全部，加入铝锭还原，同时加入CaO和CaF2重新造渣，调整Cr、Ni、Mn含 量达到成品中下限时，纯吹Ar至少3min，Ar流量400?600m 3/h，控制温度在1600±10°C， 加入稀土； (6) 出钢：将钢包调整好，对准钢包全流出钢，出钢时在钢流中加入CaSi块、硼铁； (三） 浇注 钢包烘烤温度彡800°C，镇静4?6min后开始浇注，钢锭模模温> 70°C，平板二块浇 完，浇注时采用Ar保护； (四） 热加工锻造 总锻造比彡4,每火次变形量彡30 %，头部切除量为15?16 %，尾部切除量为5?6 %， 锻造温度范围1150?860°C，锻造后按退化工艺680?750°C X 2. 5分钟/毫米，空冷； (五） 热处理 淬火温度1030?1150°C，保温时间I. 0?1. 4分钟/毫米，油冷彡75°C后，空冷；回火 温度630?680°C，保温时间2. 3?2. 7分钟/毫米，空冷。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2)中，CaO的加入量为25? 30kg/吨钢。
3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3)中，CaO的加入量为28? 30kg/吨钢。
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4)中，Si-Fe粉的加入量为 10?12kg/吨钢。
5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（5)中，铝锭的加入量为1? 1. 2kg/吨钢，CaO的加入量为28?30kg/吨钢，CaF2的加入量为7?8kg/吨钢，稀土的加 入量为〇? 1?〇? 16kg/吨钢。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（6)中出钢时，CaSi块的加入量 为0. 75?0. 9kg/吨钢，硼铁的加入量为0. 1?0. 12kg/吨钢。
【文档编号】C21C7/072GK104313240SQ201410582327
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】吴增安, 吴宇, 吴亮, 戴丹江 申请人:江浦不锈钢制造有限公司