一种铁镍基耐热钢及其冶炼方法与流程

本发明涉及冶金行业领域，特别涉及一种铁镍基耐热钢及其冶炼方法。

背景技术：

1、“富煤、贫油、少气”的一次能源结构决定了中国在很长一段时间仍然以燃煤发电为主。我国约50％的煤炭用于发电，煤电占发电总量约50％多。今后若干年，我国煤电装机增量仍将处于较高水平。当前各国对降低污染排放和提高能源利用率提出了更高的要求，故我国燃煤发电技术进步始终是先进能源技术的重点，发展高效率的燃煤发电机组是最重要的途径之一，其发展趋势是“大型、高参数、洁净”。研究表面主蒸汽温度每提高10℃，热效率可提高0.25％～0.30％，当蒸汽温度从600℃提高到650℃时，co2排放将减少8％～10％，因此，提高蒸汽温度是提高效率最有效的方法之一。目前700℃超超临界机组有诸多难题短期难以攻克，研究发展650℃超超机组便是未来一段时间燃煤发电的重要目标。

2、针对超超临界燃煤发电技术对汽轮机汽缸铸件的需求，研制650℃超超临界汽轮机汽缸用新型铁镍基耐热合金与铸件，是许多冶金工作者感兴趣的合金。铸件新型铁镍基耐热合金一般要求低c、低si、低p，低s，极易氧化元素b、zr为合金元素，气体元素o含量极低≤15ppm，因此化学成分控制均非常困难。为了获得纯净极高的钢液，降低气体含量与残余有害元素含量，仅有碱性电弧炉、碱性钢包炉等设备的传统重机行业，很难生产出纯净度要求极高，低si、低o、b、zr为微量合金元素的耐热钢。

3、鉴于此，特提出此发明。

技术实现思路

1、本发明提供了一种铁镍基耐热钢及其冶炼方法。该方法可以冶炼出纯净度高的铁镍基耐热钢，气体含量可达到：h≤1.0ppm、o≤8ppm、n≤32ppm。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明提供了一种铁镍基耐热钢，包括以下质量百分比含量的元素组成：c≤0.08％、si≤0.18％、fe:43～47％、al:1.2～1.7％、ti:1.5～2.0％、b:0.002～0.005％、zr:0.01～0.03％、h≤3ppm、o≤15ppm、n≤120ppm，余量为ni及不可避免的杂质。

4、在一个具体实施方式中，所述铁镍基耐热钢中，h≤0.0001％，o≤0.0008％，n≤0.0032％。

5、本发明还提供了一种铁镍基耐热钢的冶炼方法，包括如下步骤：

6、(1)电弧炉粗炼：在电弧炉中备入镍板，利用电弧加热，轻吹氧熔化金属合金，得到熔化合金；在电弧炉中备入碳素钢铁料，利用电弧炉加热，吹氧熔化、脱p、脱c、氧化沸腾与升温，得到氧化低磷粗水；

7、(2)钢包炉熔渣精炼：将熔化合金和氧化低磷粗水倒入钢包后，吊至lf精炼工位，造精炼渣，扩散脱氧，调整合金成分，得到熔渣精炼钢液；

8、(3)钢包炉vod精炼：将熔渣精炼钢液倒入钢包后，吊至vod工位，进行真空吹氧脱碳操作，去除钢中的碳、硅，吹氧结束后，进行第一次高真空去气操作，去除钢中的气体元素h、n；结束后破空加入合金、脱氧剂以及渣料，再进行第二次高真空去气操作，进一步去除钢中气体元素含量，使c≤0.08％和n≤0.02％，得到vod精炼钢液；

9、(4)钢包炉调整成分、温度、终脱氧及浇注：步骤(3)结束后，吊至lf精炼工位，对所述vod精炼钢液进行扩散脱氧操作后，当al含量≥0.02％时，调整除al、ti元素以外的合金成分和温度，当其他元素满足出钢要求时，控制金属液温度在1630℃～1650℃，先按al:2.1～2.2％加入铝块、铝线和铝粒中的至少一种，再按ti:1.9％～2.1％加入钛铁，当al、ti元素含量满足要求时，控制金属液温度在1540～1560℃，按b:0.005％～0.007％加入feb；然后按zr:0.05％～0.07％加入海绵锆；待成分、温度合格后即可吊包出钢进行浇注。

10、步骤(3)中，如果c＞0.08％和/或n＞0.02％，则重复钢包炉vod精炼使c≤0.08％和n≤0.02％。

11、步骤(4)中，由于al、ti、b、zr都是易氧化元素，与氧元素的亲和力依次增强，也就是说依次顺序更容易被氧化，为保证各元素的收得率，需要严格按照加入顺序执行。另外，在出钢吊包到浇注过程，会与大气中的氧气接触，各元素会与氧气继续化学反应而降低钢液中各元素的含量，因此，出钢含量会比最终产品的含量要高。

12、所述浇注过程还采取了防氧化措施，浇注条件会影响氧含量，铸件浇注是在空气环境中进行的，浇注时需要采取二次防氧化措施，例如型腔提前≥2小时进行氩气置换，浇注时需要环氩和保护罩保护注流浇注等等常规的浇注防氧化措施。

13、本发明中所述调整合金成分、钢包炉调整成分等调整化学成分的方法可以为现有常规的人工方法也可以用行车吊运料斗方法加入，例如加铝块、镍板等合金。

14、在一个具体实施方式中，所述电弧炉使用新砌炉体和新出钢槽，使用前新砌炉体和新出钢槽用天然气大火烘烤8小时以上，干燥新砌炉体和新出钢槽。

15、如果连续生产该类材质或成分相似材质时，能保证钢包炉精炼后钢液中元素含量，尤其是杂质元素不超标，则不需要使用新砌筑炉体，如果电弧炉生产其它材质或成分差别大的材质时，不能保证钢包炉精炼后钢液中元素含量，尤其是杂质元素超标，则需要使用新砌筑炉体。

16、在一个具体实施方式中，所述电弧炉和熔渣精炼的钢包采用的耐火材料为镁碳砖或镁砖；所述熔渣精炼的钢包在熔渣精炼前要求使用一次以上；所述vod精炼的钢包采用的耐火材料为镁铬砖或镁铝尖晶石砖。

17、熔渣精炼钢包炉的钢包采用的耐火材料为镁碳砖时，前一炉不得冶炼高残余有害元素钢种，使用前必须将残钢残渣清理干净，包况良好，使用前烘烤良好。

18、电弧炉粗炼过程和钢包炉熔渣精炼过程使用的渣料均为碱性渣(电弧炉粗炼使用的渣料为氧化钙，钢包炉熔渣精炼使用的渣料为氧化钙和氟化钙)，所以要用镁碳砖、镁砖等碱性材质的耐材，才能很好地抵抗熔渣的侵蚀。钢包炉vod精炼，使用的渣料为氧化钙，是碱性渣，但在vod精炼过程中需要大量地吹入氧气去碳和硅，同时钢液温度很高，所以要用无碳、耐高温、抗侵蚀的耐材，如镁铬砖、镁铝尖晶石砖等，才能很好地抵抗熔渣的侵蚀，且钢水不增碳。

19、在一个具体实施方式中，步骤(1)中，制备熔化合金时，原料还包括铁板或铁镍基耐热钢废料。

20、所述铁镍基耐热钢废料是指本发明中，钢包炉精炼过后，完全符合标准要求、浇注产品后多余的钢液浇注形成的料块、浇钢通道的残钢、产品切割弃之不用的冒口料等可回收的废料。

21、在一个具体实施方式中，步骤(1)中，制备氧化低磷粗水时，原料还包括铁板或镍板。

22、在一个具体实施方式中，步骤(2)中，调整合金成分时，将fe含量调整到45～47％，ni含量调整到48～50％；扩散脱氧采用粉状脱氧剂；所述粉状脱氧剂包括碳粉、铝粒、硅钙粉、硅铁粉中的至少一种；造精炼渣的渣料为氧化钙和氟化钙。

23、在一个具体实施方式中，步骤(3)中，所述吹氧脱碳操作和高真空去气操作的真空度均在65pa以下；所述脱氧剂为硅铁；所述渣料为氧化钙。

24、真空度如果高于65pa，不能最大程度地去除气体含量，尤其是氮含量。

25、在一个具体实施方式中，步骤(4)中，扩散脱氧采用不含碳和硅的粉状脱氧剂；所述不含碳和硅的粉状脱氧剂包括铝粒和/或铝块。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

27、1.本发明方法可以充分的利用电弧炉和精炼炉等传统设备，提高铁镍基耐热钢的产量和大型化，解决了铁镍基耐热钢重机行业传统生产过程中存在的杂质元素和气体含量控制的困难。

28、2.本发明的方法可以生产得到纯净度高的铁镍基耐热钢。

29、3.本发明的原料可以采用合金成分能满足要求的铁镍基耐热钢返回料，可大幅度降低生产成本。

30、4.本发明冶炼出的铁镍基耐热钢炉前气体含量可达到：h≤1.0ppm、o≤8ppm、n≤32ppm。