亓海燕,李 鐵,張 爽,胡自明
(山東泰山鋼鐵集團有限公司,山東 萊蕪271199)
SUS405鋼是一種低合金耐熱鐵素體不銹鋼,屬環保節能型鋼鐵材料,可用于鍋爐和環保設備以及石化行業抗高溫硫腐蝕設備的制造,代替部分奧氏體不銹鋼。因其價格優勢,具有一定的市場前景。Al作為SUS405不銹鋼的合金化元素可以保證鋼種的耐熱性,為保證Al的收得率,就要提高鋼水的氧含量要求,以及解決連鑄過程可能引起的水口“結瘤”等問題。山東泰山鋼鐵集團不銹鋼煉鋼廠采用GOR爐+LF爐+連鑄工藝,成功開發出SUS405耐熱鐵素體不銹鋼[1-4]。
根據鋼種特點,結合裝備條件,對SUS405不銹鋼的生產工藝進行了流程設計。其工藝流程為:高爐鐵水→“三脫”站處理→GOR爐冶煉→鋁合金化→LF爐精煉→保護澆注。
SUS405耐熱鐵素體不銹鋼熔煉成分設計如表1所示。對CO含量、Al含量、夾雜物控制水平要求高,冶煉工藝條件苛刻。必須解決的問題:低碳氮不銹鋼冶煉的實現及成本控制;低碳氮不銹鋼的脫氧、夾雜物控制;成品Al含量的保證等。
表1 SUS405不銹鋼熔煉成分控制標準 %
SUS405不銹鋼采用全鐵水冶煉,在冶煉前期,由于鐵水含C量較高,供氧強度是碳氧反應的限制環節,因此要提高頂槍供氧強度,逐步調整槍位,快速脫碳升溫,為后續低碳區脫碳提供合適的溫度,同時縮短冶煉周期。當C含量脫至目標值,溫度合適后停止頂吹,繼續底吹吹煉。
在確保生產節奏的前提下,脫碳后期增加1個脫碳子階段以進行超低碳區脫碳,適當提高該階段的氧氬比,在脫碳的同時避免Cr的大量氧化,脫碳目標控制為[C]≤0.05%。表2為優化的GOR爐冶煉SUS405不銹鋼的參考供氣模型。
表2 GOR爐冶煉SUS405不銹鋼脫碳參考供氣模型
SUS405不銹鋼中的C含量約為0.03%,根據碳氧平衡原理,勢必造成鋼水中O含量比一般不銹鋼高(普通不銹鋼[C]約0.05%)。Al作為該鋼種重要的合金化元素,對鋼中O含量要求極高,必須實現深脫氧。否則鋁合金化時,容易產生高熔點的鎂鋁尖晶石夾雜物,不僅影響鋼水澆注,還易在后續軋制鋼帶的表面產生缺陷。
SUS405鋼種僅靠硅鐵脫氧,不僅增加了成本和渣量,還降低了爐渣堿度,弱化了去除夾雜的能力。采用Si、Al復合脫氧并扒除還原渣,不僅能完成深脫氧,而且還盡可能的避免Al2O3、MgO·Al2O3等高熔點夾雜物對鋼水的污染。
Al具有極強的還原性,高溫易氧化。為保證Al的收得率,經試驗最終采用GOR出鋼前在鋼包加入Al,鋼水終點氧含量≤15×10-6的情況下,Al的收得率約為65%。但因不銹鋼LF精煉及弱吹氬時間長,存在鋼中Al含量降低的情況。若LF精煉后期鋼中Al含量低,由于鋼包渣層較厚,很難通過加鋁?;蛭逛X線等方式提高Al含量,所以在出鋼合金化時,一定要充分考慮出鋼至開澆的時間,保證最終的Al含量。
連鑄工藝控制方面采用全程保護澆注,單獨組織生產。大包至中間包采用長水口并進行氬封保護澆注,要求長水口插入中間包鋼水中深度≥100 mm,且必須垂直于鋼液面。其作用是把主流與空氣隔開,避免鋼水裸露和飛濺造成二次氧化,減少鋼中增氧和溫度損失。中間包內加覆蓋劑使鋼水與空氣隔離,起到吸附夾雜和隔熱保溫的作用。結晶器加入專用保護渣,起到保溫和防止二次氧化的作用,良好的保護渣是鑄坯表面質量的前提。
試制鑄坯斷面規格為200 mm×1 520 mm,對其內部質量進行檢測分析。按照GB/T 266—2015標準要求進行取樣,保證試樣檢驗面的粗糙度。按照標準中的熱酸侵蝕法對所取低倍試樣進行侵蝕,低倍組織見圖1。
圖1 SUS405鑄坯低倍組織
根據YB/T 4003—1997標準對低倍組織進行評定,中間裂紋0級,中心偏析C類0.5級,中心疏松0.5級,等軸晶粒46%,鑄坯內部質量控制較好。
經后續熱軋后,鋼帶成品厚度為3.5 mm。經檢測,鋼中非金屬夾雜物主要以B類和D類為主,級別不超過1.0級,檢測結果如表3所示。
表3 非金屬夾雜物檢測結果 級
厚度規格3.5 mm的SUS405鋼帶退火后檢測力學性能,規定塑性延伸強度227~361 MPa,抗拉強度406~459 MPa,斷后伸長率30%~38%,硬度HRB 66~78,符合用戶使用要求。
采用GOR爐+LF爐+CC工藝開發的SUS405耐熱鐵素體不銹鋼,生產工藝簡單,成本低,產品的純凈度高,成分穩定,各項性能指標滿足標準要求。GOR爐+LF爐+CC工藝具備批量穩定生產SUS405耐熱鐵素體不銹鋼的能力。