一种生产大规格奥氏体不锈钢电渣重熔锭非金属夹杂物的控制方法

1.本发明涉及大锭型不锈钢锻件电渣重熔过程洁净度控制技术领域，具体涉及一种生产大规格奥氏体不锈钢电渣重熔锭非金属夹杂物的控制方法。本发明方法可为制备高性能的军工、化工、核电等领域用大型不锈钢锻件提供有力保障。


背景技术：

2.316奥氏体不锈钢具有优异的耐腐蚀性、良好组织稳定性、较高的使用温度(最高可至700℃)、良好焊接性能、优异加工性能等优势，可在高温、高压、腐蚀性气氛和物理射线辐射的苛刻环境下服役，制造的大尺寸锻件已被广泛应用于军工、化工、核电等重大领域，随之而来的是对材料的纯净度、非金属夹杂物和性能提出了更高的要求。为了减少大尺寸锻件元素偏析、杂质及非金属夹杂物含量，在制备上述大尺寸锻件时往往采用电渣重熔方式。al元素是主要的脱氧元素，过多的使用会使钢锭中氧达到一种非常理想的状态，从而大大降低钢锭中d类及ds类夹杂物的含量，但奥氏体不锈钢中往往对al含量的范围作了明确的限定，如asme nh篇中对316h不锈钢al要求不大于0.05％。al的使用量受到限制，直接降低了电渣冶炼过程的工艺可操作性，增加大锭型锻件的工业化生产难度。因此，制定一种适合重熔该类大锭型奥氏体不锈钢合金的工艺，降低合金中非金属夹杂物含量显得尤为必要。


技术实现要素：

3.为了解决大规格奥氏体不锈钢电渣重熔锭非金属夹杂物难以控制的问题，本发明的目的是提供一种大规格奥氏体不锈钢电渣重熔锭非金属夹杂物的控制方法，该方法简单可行，通过优化电渣重熔用的渣系和制造全程氩气保护条件及精选si-ca脱氧剂，使不锈钢电渣重熔锭中非金属夹杂物得到了大幅降低。
4.为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
5.一种生产大规格奥氏体不锈钢电渣重熔锭非金属夹杂物的控制方法，其特征在于：该方法是在使用电渣重熔工艺制备奥氏体不锈钢电渣重熔锭的过程中进行非金属夹杂物的控制，具体包括如下步骤：
6.(1)采用保护气氛电渣炉，包括水冷结晶器、底水箱和重熔电极，其中结晶器尺寸为φ1200mm
×
1800mm；
7.(2)重熔前准备：确保结晶器与底水箱同轴，吊装重熔电极，将其与电极夹持器连接；并向结晶器内通入高纯氩气，然后送电，氩气保护贯穿于重熔过程的始终，以保持与大气实现良好的隔绝，防止环境增氧造成夹杂物增加；
8.(3)将重熔渣系加入结晶器中；根据合金熔点对重熔渣系选择对应的流动性良好的三元预熔渣，实现电渣过程良好的钢渣分离；
9.(4)进行电渣重熔工序，控制合适的电渣熔速，达到有效的凝固过程排渣。
10.上述步骤(1)中，所述自耗电极为直径φ200mm的电极棒，采用三支电极棒串联共同置于一个结晶器内。
11.上述步骤(2)中，送电前先向结晶器内通入30min的氩气，送电前及电渣重熔整个过程保持氩气的通入量为100ml/min。
12.上述步骤(3)中，所述三元预熔渣重量组成为氟化钙40％、氧化钙30％和氧化铝30％。
13.上述步骤(4)中，所述电渣熔速为4.0-5.0kg/min。
14.上述步骤(4)中重熔工序中，精选si-ca脱氧剂，防止因脱氧剂含氧高导致合金氧含量的增加。所述si-ca脱氧剂的加入量为0.01-0.02wt.％。
15.所述奥氏体不锈钢电渣重熔锭的直径大于1000mm。
16.采用本发明控制方法后生产的奥氏体不锈钢电渣重熔锭中a、b和c类夹杂物粗/细系≤0.5级，d类粗系夹杂物≤0.5级，d类细系夹杂物达到1.0级，ds类夹杂物细系为1.0级以下。
17.本发明的优点和有益效果如下：
18.本发明可实现大规格(直径大于1000mm)奥氏体不锈钢电渣锭头部和尾部铝、氧含量稳定，铝含量≤0.015％，氧含量≤0.0035％。按astm e45中方法a评定的a类、b类、c类粗/细系及d类粗系非金属夹杂物均≤0.5级，d类粗系≤1.0级，按gb/t10561评定的ds类夹杂物细系为1.0级以下。
附图说明
19.图1为取自直径1200mm奥氏体不锈钢电渣锭锭头、锭尾按astm e45中方法a和gb/t10561评定的典型非金属夹杂物图片；其中：(a)锭头；(b)锭尾。
具体实施方式
20.下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。应理解，这些实施案例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
21.实施例1：
22.使用电渣重熔工艺在制备316奥氏体不锈钢电渣重熔锭的过程中进行非金属夹杂物的控制，具体过程如下：
23.1、采用保护气氛电渣炉，包括水冷结晶器、底水箱和重熔电极；采用直径规格为φ200mm的电极棒，采用三支电极串联共同置于一个结晶器内，结晶器尺寸为φ1200
×
1800mm。
24.2、确保结晶器与底水箱同轴，吊装重熔电极，将其与电极夹持器连接；送电前先向结晶器内通入30min的高纯氩气，送电前及电渣重熔整个过程保持氩气的通入量为100ml/min。氩气保护贯穿于重熔过程的始终，以保持与大气实现良好的隔绝，防止环境增氧造成夹杂物增加。
25.3、将重熔渣系加入结晶器中，重熔渣系组元为氟化钙、氧化钙和氧化铝(重量比
例:40％、30％、30％)。
26.4、进行电渣重熔工序，渣系熔速为4.5kg/min。使用精选的si-ca脱氧剂，防止因脱氧剂含氧高导致合金氧含量的增加。所述si-ca脱氧剂的加入量为原料总重量的0.015％。
27.重熔锭制备完成后对其锭头、锭尾按astm e45中方法a评定a类、b类、c类及d类粗/细系非金属夹杂物，按gb/t10561评定ds类夹杂物。制备的奥氏体不锈钢重熔锭头、锭尾典型非金属夹杂物图片如图1所示，具体评价的结果见表1。可以看出，本工艺可使重熔后的316奥氏体不锈钢锭头部和尾部铝、氧含量稳定，铝含量≤0.015wt,％，氧含量≤0.0035wt.％，a、b、c类夹杂物粗/细系及d类粗系夹杂物≤0.5级，d类细系达到1.0级，ds类夹杂物细系达到1.0级以下，获得高质量的重熔合金。
28.表1 22t奥氏体不锈钢重熔锭非金属夹杂物评定结果
29.

技术特征：
1.一种生产大规格奥氏体不锈钢电渣重熔锭非金属夹杂物的控制方法，其特征在于：该方法是在使用电渣重熔工艺制备奥氏体不锈钢电渣重熔锭的过程中进行非金属夹杂物的控制，具体包括如下步骤：(1)采用保护气氛电渣炉，包括水冷结晶器、底水箱和重熔电极，其中结晶器尺寸为φ1200mm
×
1800mm；(2)重熔前准备：确保结晶器与底水箱同轴，吊装重熔电极，将其与电极夹持器连接；并向结晶器内通入氩气，然后送电，氩气保护贯穿于重熔过程的始终，以保持与大气实现良好的隔绝，防止环境增氧造成夹杂物增加；(3)将重熔渣系加入结晶器中；根据合金熔点对重熔渣系选择对应的流动性良好的三元预熔渣，实现电渣过程良好的钢渣分离；(4)进行电渣重熔工序，控制合适的电渣熔速，达到有效的凝固过程排渣。2.根据权利要求1所述的生产大规格奥氏体不锈钢电渣重熔锭非金属夹杂物的控制方法，其特征在于：步骤(1)中，所述重熔电极为直径φ200mm的电极棒，采用三支电极棒串联共同置于一个结晶器内。3.根据权利要求1所述的生产大规格奥氏体不锈钢电渣重熔锭非金属夹杂物的控制方法，其特征在于：步骤(2)中，送电前先向结晶器内通入30min的氩气，送电前及电渣重熔整个过程保持氩气的通入量为100ml/min。4.根据权利要求1所述的生产大规格奥氏体不锈钢电渣重熔锭非金属夹杂物的控制方法，其特征在于：步骤(3)中，所述三元预熔渣组成为氟化钙、氧化钙和氧化铝，氟化钙、氧化钙和氧化铝的重量比例为4：3：3。5.根据权利要求1所述的生产大规格奥氏体不锈钢电渣重熔锭非金属夹杂物的控制方法，其特征在于：步骤(4)中，所述电渣熔速为4.0-5.0kg/min。6.根据权利要求1所述的生产大规格奥氏体不锈钢电渣重熔锭非金属夹杂物的控制方法，其特征在于：步骤(4)中重熔工序中，精选si-ca脱氧剂，防止因脱氧剂含氧高导致合金氧含量的增加；所述si-ca脱氧剂的加入量为原料总重量的0.01-0.02％。7.根据权利要求1所述的生产大规格奥氏体不锈钢电渣重熔锭非金属夹杂物的控制方法，其特征在于：所述奥氏体不锈钢电渣重熔锭的直径大于1000mm。8.根据权利要求1所述的生产大规格奥氏体不锈钢电渣重熔锭非金属夹杂物的控制方法，其特征在于：采用该控制方法后生产的奥氏体不锈钢电渣重熔锭中a、b和c类夹杂物粗/细系≤0.5级，d类粗系夹杂物≤0.5级，d类细系夹杂物达到1.0级，ds类夹杂物细系为1.0级以下。

技术总结
本发明公开了一种生产大规格奥氏体不锈钢电渣重熔锭非金属夹杂物的控制方法，属于电渣重熔技术领域。选用电渣重熔结晶器尺寸为Φ1200mm；重熔采用同轴供电、全密闭保护气氛电渣炉，全程氩气保护实现与大气良好隔绝；根据合金熔点对重熔渣系选择对应流动性良好的三元预熔渣，实现电渣过程良好的钢渣分离；控制合适的电渣熔速，达到有效的凝固过程排渣；精选脱氧剂降低外来因素增氧。本工艺可使重熔后的奥氏体不锈钢锭头、尾部铝、氧含量稳定，铝含量≤0.015％，氧含量≤0.0035％，A、B、C类夹杂物粗/细系及D类粗系夹杂物≤0.5级，D类细系≤1.0级，DS≤1.5级，获得高质量纯净化的重熔合金。金。


技术研发人员：高明 张龙 李小兵 马颖澈 刘奎
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：2021.05.13
技术公布日：2022/11/15