高疲劳性能和耐蚀性能马氏体不锈钢的夹杂物控制方法与流程

本发明属于钢铁冶炼，具体涉及一种高疲劳性能和耐蚀性能马氏体不锈钢的夹杂物控制方法。

背景技术：

1、钢中的非金属夹杂物是影响钢的疲劳性能、耐蚀性能和加工精度的关键因素之一。常规冶炼工艺下不锈钢夹杂物主要类型包括al2o3、cao-al2o3、cas、tin等，这些夹杂物类型均对疲劳性能有较大危害。因此，如何避免此类夹杂物生成和促进夹杂物去除或转变为对疲劳性能影响较小的夹杂物是控制的关键。

2、以马氏体不锈钢为例，应用在油井管、精密刀片、压缩机阀片等领域，要求不仅要求长期在高频率振动、高压力的作用下保持高疲劳寿命，还要求在应力腐蚀环境下的长寿命运转。因此对材料的疲劳性能、耐蚀性能和加工精度要求较高。

3、不锈钢冷板薄(0.1～1.5mm)，经过热轧冷轧等多道工序，夹杂物产生延伸变形，并且与钢基体产生孔隙，加重对疲劳性能、耐蚀性能和加工精度的影响，因此对于夹杂物的粒径、类型、数量均有更高更特殊的要求。

4、钢中添加稀土可以显著细化夹杂物，提升钢材疲劳等性能，众多研究者和发明人公开了相关技术。但稀土氧硫化物容易聚集，比重与钢水接近，不容易上浮。脱氧与渣系控制、钢水成分、稀土加入量、加入方式、均匀方式以及电渣工艺等参数均对稀土夹杂物形态分布等有影响。

5、申请号为202310314450.7、201910656623.7的中国发明专利公开了稀土钢及利用稀土合金改性夹杂物的方法，均针对轴承钢的冶炼，在精炼期采用稀土合金处理钢液，钢中al2o3夹杂物变性为re-氧-硫化物，实现对钢内夹杂物变性的类型、分布和尺寸的控制，提高钢的性能质量。但由于轴承钢和不锈钢在产品要求和工艺路线方面的差异，成分和控制工艺均不同，而且上述专利未涉及tin夹杂物控制以及夹杂物对应力腐蚀的影响、电渣对夹杂物类型的影响等。

6、申请号为201910656623.7的中国发明专利公开了一种细化高洁净度稀土电渣钢中夹杂物的方法，通过在电渣重熔过程添加稀土生成新的夹杂物，解决了稀土电渣钢中夹杂物尺寸大的问题，但该方法未涉及电渣渣系控制，且不能保证稀土在钢中均匀性。

7、申请号为202210243115.8的中国发明专利公开了一种含高稀土铈含量的耐蚀钢及其精炼控制方法，解决了现有耐蚀钢生产中稀土铈元素收得率低以及易于生成氧化铈和氧硫化铈的问题，其中主要控制夹杂物为硫化铈，但硫化铈由于也存在聚集的问题，会影响疲劳性能和加工性能，而且该方法适用于高稀土钢，稀土作为合金元素而非夹杂物变质作用。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种高疲劳性能和耐蚀性能马氏体不锈钢的夹杂物控制方法，包括如下步骤：

2、s1、在铁水包中先脱s至w(s)＜0.01％，扒渣后脱si至w(si)＜0.005％，然后脱p至w(p)＜0.015％，并将ti含量控制在w(ti)＜0.003％；

3、s2、k-obm-s转炉吹炼过程底吹先使用氮气，氧化期结束后将c含量控制在w(c)＝0.2～0.7％，加入的合金中ti含量控制为w(ti)＜0.05％，还原期切换为底吹氩气搅拌控制氮含量，按吨钢20～28kg加入硅铝铁合金还原，炉渣碱度控制在2.0～2.2，出钢钢水c含量控制在w(c)＝0.2～0.7％、si含量控制在w(si)＝0.2～0.3％、al含量控制在w(al)＝0.008～0.03％、s含量控制在w(s)＜0.01％、p含量控制在w(p)＜0.02％、n含量控制在w(n)＝0.03～0.05％、ti含量控制在w(ti)＜0.005％，出钢钢水温度控制在1650℃以上；

4、s3、vd进站前扒除钢包顶渣，渣量控制在吨钢10kg以下，vd进站温度控制为大于1630℃；vd进站抽空前按吨钢1～6kg加入石灰、按吨钢0～3kg加入萤石，然后开启一级至二级真空泵抽空，抽空期间通过两个底吹孔底吹ar，每个底吹孔的底吹流量控制为吨钢6～10nl/min，真空度稳定后关闭底吹，保持10～20min；

5、s4、按吨钢2～5kg加入铝丸、按吨钢5～10kg加入石灰、按吨钢2～5kg加入萤石，逐渐增加至五级真空泵抽空，保持极限真空度＜0.1mbar，通过两个底吹孔底吹ar，每个底吹孔的底吹流量控制为吨钢6～10nl/min，搅拌10～25min；

6、s5、lf进站后按吨钢1～2kg加入轻烧镁球以及按吨钢10～100kg加入铝粉调渣，使炉渣颜色呈白色；

7、s6、lf不进行钙处理，单次升温时间不超过10min，温度调整合适后通过两个底吹孔底吹ar进行中搅，中搅时间控制为≥5min，每个底吹孔的底吹流量控制为吨钢2～3nl/min，然后通过两个底吹孔底吹ar进行弱搅，弱搅时间控制为≥20min，每个底吹孔的底吹流量控制为吨钢0.5～2nl/min，进入弱搅以后禁止升温和添加除稀土以外的其它合金辅料；

8、s7、弱搅结束后按吨钢0.2～1.5kg加入高纯稀土铝镁铁合金进行微合金化，通过两个底吹孔底吹ar进行搅拌，每个底吹孔的底吹流量控制为吨钢1～2nl/min，搅拌3～15min后出站；

9、s8、lf出站到开浇的镇静时间控制为＞25min，模铸浇铸过程氩封保护以防止钢水二次氧化；

10、s9、在保护ar气氛下电渣重熔，保护渣化学成分为：w(cao)＝35～40％、w(sio2)＜2％、w(al2o3)＝25～30％、w(mgo)＝5～10％、w(re2o3)＝3～8％、w(caf2)＝10～25％、w(水分)＜0.01％，其它为不可避免的杂质。

11、进一步地，在上述高疲劳性能和耐蚀性能马氏体不锈钢的夹杂物控制方法中，硅铝铁合金的化学成分控制为：w(si)＝35～40％、w(al)＝25～55％、w(ti)＜0.05％，o、p、s等其它杂质质量百分比含量总和小于0.1％，其余为fe。

12、进一步地，在上述高疲劳性能和耐蚀性能马氏体不锈钢的夹杂物控制方法中，石灰中活性cao质量百分比含量控制为大于90％，萤石中caf2质量百分比含量控制为大于85％。

13、进一步地，在上述高疲劳性能和耐蚀性能马氏体不锈钢的夹杂物控制方法中，轻烧镁球中mgo质量百分比含量控制为大于85％。

14、进一步地，在上述高疲劳性能和耐蚀性能马氏体不锈钢的夹杂物控制方法中，铝粉中al质量百分比含量控制为大于98％，铝粉粒径控制为小于1mm。

15、进一步地，在上述高疲劳性能和耐蚀性能马氏体不锈钢的夹杂物控制方法中，高纯稀土铝镁铁合金的化学成分控制为：w(re)＝25～32％、w(al)＝15～25％、w(mg)＝3～8％、w(o)＜100ppm、w(ti)＜0.05％，p、s等其它杂质质量百分比含量总和小于0.1％，其余为fe。

16、进一步地，在上述高疲劳性能和耐蚀性能马氏体不锈钢的夹杂物控制方法中，高纯稀土铝镁铁合金中的稀土元素re为la、ce、y中的一种或多种。

17、进一步地，在上述高疲劳性能和耐蚀性能马氏体不锈钢的夹杂物控制方法中，在步骤s9后，还包括步骤s10：通过真空自耗炉var进一步除杂提纯。

18、进一步地，在上述高疲劳性能和耐蚀性能马氏体不锈钢的夹杂物控制方法中，在步骤s5的调渣过程中，控制炉渣中w(sio2)＜3％、cao/al2o3＝1.2～2、w(mgo)＝8～10％。

19、本发明的高疲劳性能和耐蚀性能马氏体不锈钢的夹杂物控制方法，通过铁水预处理，k-obm-s熔炼、还原和氮合金化，vd真空处理、深脱氧以及两次造渣，夹杂物微合金化变质处理，保护气氛下使用特殊渣系电渣重熔，实现高疲劳性能和耐蚀性能马氏体不锈钢夹杂物的特殊控制，与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：不锈钢中的主要夹杂物al2o3、cao-al2o3、cas、tin被控制为弥散分布的mg-al-re-o类型夹杂物，其与钢基体结合紧密且不易变形，尺寸在2μm以下，由此消除了al2o3、cao-al2o3、cas、tin等对疲劳性能和耐蚀性能有危害的夹杂物类型，而且同时避免了生成稀土氧硫化物团聚，轧制过程夹杂物变形小，与钢基体结合紧密，减少了对疲劳性能和耐蚀性能的危害，产品表面光洁度好，加工精度高，满足特殊行业用马氏体不锈钢对于疲劳性能、耐蚀性能和加工性能的要求。