非真空条件冶炼409L超纯铁素体不锈钢的技术开发

李 铁,赵 刚,张 爽

(山东泰山钢铁集团有限公司,山东莱芜 271100)

非真空条件冶炼409L超纯铁素体不锈钢的技术开发

李 铁,赵 刚,张 爽

(山东泰山钢铁集团有限公司,山东莱芜 271100)

介绍了通过AOD炉非真空条件下的超低碳氮冶炼操作,满足409L超纯铁素体不锈钢的成分控制要求,并优化后续的LF工艺,解决了精炼过程中增碳以及夹杂物控制等问题,成功开发出了409L超纯铁素体不锈钢。

409L不锈钢;铁素体不锈钢;非真空;超低碳

1 引言

409L是一种低合金超低碳氮铁素体不锈钢,属环保节能型钢铁材料,被广泛用于汽车排气系统及耐高温设备,市场前景广阔。该钢种为满足高温腐蚀性对碳氮含量及夹杂物控制水平要求高,同时添加稳定化元素钛,进一步提高耐蚀性能、机械性能及焊接性能[1-3]。

409L钢种为保证成品碳、氮含量及提高钛的收得率,通常采用真空冶炼工艺,生产周期长,工艺复杂,冶炼成本高等限制了该钢种的发展。因此利用非真空条件冶炼409L不锈钢能有效简化工艺流程,缩短生产周期,提高生产效率,对提高企业竞争力具有重要的现实意义。

2 非真空冶炼工艺的开发

409L超纯铁素体不锈钢熔炼成分控制见表1所示,对碳氮含量、夹杂物控制水平要求高,冶炼工艺条件苛刻。必须解决的问题有：超低碳氮不锈钢冶炼的实现及其成本控制;超低碳氮不锈钢的脱氧、夹杂物控制。

2.1 AOD炉超低碳吹炼工艺设计

409L采用全铁水冶炼,冶炼前期,由于铁水含碳量较高,供氧强度是碳氧反应的限制环节,因此提高顶枪供氧强度,逐步调整枪位,快速脱碳升温,为后续低碳区脱碳提供合适的温度,同时缩短冶炼周期。当碳含量脱至目标值,温度合适后,停止顶吹,继续底吹吹炼。

吹炼前期底吹中心管氧气逐步加大流量,提高脱碳速度,底吹氧氩比由2：1逐步降低,提高氩气比例,降低Pco。

在确保生产节奏的前提下,脱碳后期,增加一个脱碳子阶段以进行超低碳区脱碳,适当提高该阶段的氧氩比,在脱碳的同时避免铬元素的大量氧化,脱碳目标控制为[C]≤0.005%,表2为优化的AOD炉冶炼409L的参考供气模式。

表1 409L熔炼成分控制标准

表2 AOD炉冶炼409L不锈钢脱碳参考供气模式

2.2 脱氧工艺设计

超纯铁素体不锈钢由于具有极低的碳含量,根据碳氧平衡原理,势必造成钢水中氧含量比一般不锈钢高(普通不锈钢[C]约0.05%,409L[C]0.01%以下)。因此采用一般硅铁脱氧很难实现深脱氧,不仅增加成本,而且增加渣量,降低炉渣碱度,弱化去除夹杂的能力。采用脱氧能力强的铝脱氧时,容易产生高熔点的镁铝尖晶石夹杂物,不仅影响钢水浇注,还易在后续轧制钢带的表面产生缺陷。采用硅、铝复合脱氧并扒除还原渣,不仅能完成深脱氧而且还能尽可能地避免Al2O3、Mg O·A2O3等高熔点夹杂物对钢水的污染。

2.3 LF精炼工艺设计

传统LF工艺在冶炼超低碳氮不锈钢时存在一定的弊端,如电极送电导致的增碳、增氮,过多的合金、辅料调渣调温等影响钢水纯净度。因此对LF的工艺进行了相应调整。409L在LF工位不再进行送电操作,减少合金、辅料的加入,主要进行软吹氩及钛的合金化,为保证工艺顺利进行,AOD出钢要确保精确的温度和成分,保证吹氩工艺的降温和成分要求;扒除还原渣重新造渣,为夹杂物的吸附和保温创造条件。Ti极易氧化,为保证钛的回收率,采用一次性瞬时投入的加入方式,加入过程控制吹氩效果,防止钢水裸露,尽量避免钢水的氧化。

3 工艺效果

3.1 夹杂物及组织

409L钢带夹杂物主要以B类和D类(TiN或 TiC)为主,级别不超过1.0级,见表3所示。

表3 夹杂物检测结果

409L组织为完全铁素体组织,未退火热处理的组织为轧制变形的铁素体组织,960℃退火组织为铁素体,晶粒度4.5级,1000℃退火组织为铁素体,晶粒度4.5级,1060℃退火组织为铁素体,晶粒度3.0级,见图1所示。

图1 409L钢带组织

3.2 钢带物理性能检测结果

厚度规格3.5 mm的409L退火钢带力学性能符合GB/T 4237-2015中的要求,具体情况见表4。

表4 力学性能

4 结语

非真空条件冶炼409L超纯铁素体不锈钢的生产工艺能够满足钢种成分超低碳氮含量的控制要求,产品各项指标符合要求,与传统的真空冶炼工艺相比,该工艺具有缩短生产周期,提高生产效率,降低生产成本等优势,具有推广价值。

[1] 付邦豪,侯海滨,成国光,等.409L不锈钢冶炼过程夹杂物特征及成因[J].钢铁,2011,46(6)：40-44.

[2] 徐 斌,王建泽,李具仓,等.409L连铸坯夹杂物的实验研究与热力学分析[J].连铸,2015,41(3)：59-62.

[3] 姜丽娟,徐 斌,李具仓.409L铁素体不锈钢冷轧板表面线鳞缺陷分析[J].甘肃冶金,2015,37(6)：24-27.

Development of 409L Super-pure Ferritic Stainless Steel in Non Vacuum

LI Tie,ZHAO Gang,ZHANG shuang
(Shandong Taishan Steel Group Co.,Ltd.,Laiwu 271100,Shandong,China)

Introduced through AOD furnace non vacuum super-low carbon and nitrogen smelting operation,meet the 409L super-pure ferritic stainless steel composition control requirements,and optimizing LF furnace process,solved the problems of recarburization in the refining process and inclusion control,successfully developed 409L super-pure ferritic stainless steel.

409L stainless steel;ferritic stainless steel;non vacuum;extra-low carbon

TF746.1

A

1001-5108(2017)04-0020-03

李铁,工程师,主要从事不锈钢产品研发及质量异议分析等工作。