高性能 630（S17400）不锈钢板材生产工艺研究

2020-04-22丁五洲杨芙蓉

中国金属通报 2020年3期

丁五洲*，严平，杨哲，杨芙蓉

（宝钛集团有限公司，陕西宝鸡 721014）

UNS N17400(630)是马氏体沉淀硬化型不锈钢，可以通过变动热处理工艺来调整性能，马氏体相变和时效处理形成沉淀硬化相是其主要强化原因。固溶处理产生马氏体相变，再经过时效处理沉淀析出细小、弥散的富Cu相，强度较高，同时该合金具备耐腐属性。因此多用于既要求耐腐蚀性又要求高强度的部件，适用于制作海上平台、航天涡轮机叶片、核乏料容器罐外壳、轴类、燃气原件及其他高温耐腐蚀用途[1，2]。

国内该合金的生产企业主要是一些特殊钢厂，生产工艺一般为传统不锈钢生产工艺，即熔炼浇注为铸坯，然后直接轧制。该工艺方法生产的产品用于一般用途可以，但是类似核电、汽车弹簧等高端用途时质量欠佳，性能不能满足，主要表现为高温力学性能不能满足、表面质量差、易开裂、成品率低、成型性差。

核电领域核乏料存储用装备制造对该合金板材有大量需求。所谓核乏料就是在反应堆内使用过后产出的核燃料，也被称为乏燃料或者乏料，泛指具有放射性的废料，在使用中通常特指核乏料中的次锕系核素和裂变产物[3]。

随着我国核电产业的深入发展，在大力使用核能的同时，如何安全有效的处理核乏料是迫切需要解决的问题，而采用深埋法进行处理是一种有效的方法，方法为核乏料装入该合金为外壳的特制容器进行深埋。鉴于核电发展，核乏料会持续产生，该合金牌号的高品质中厚板需求持续增大。而传统工艺生产的板材质量问题不能够满足要求，基于此，客户委托我公司进行研发，目标是板材室温到250℃性能均满足，板形平整，加工性能良好，易于罐体加工成型，不开裂。

1 实验

传统工艺生产的630（S17400）合金存在的问题主要是由原料、熔炼方式、加工工艺及热处理工艺所决定的。其一般采用铁合金等原料，内部夹杂物、有害间隙元素多。生产方式为直接浇注方坯，不经过锻造直接轧制。综合导致所生产合金板材高温性能差、对热应力很敏感，热塑性差、加工易裂，成型性也较差，只能用于一般用途。

实验为解决夹杂物、有害间隙元素的问题，原料不再使用铁合金，而选用高品质，低有害元素的纯金属如原料纯铁、铌条、电解锰、金属铬等。

改变熔炼工艺为真空感应加电渣重熔两步法，并且改进为锻造坯，工艺方案制定为。

图1 改进后的熔炼工艺实施步骤

锻造使用箱式电阻炉加热，加热温度为1150℃，锻造设备为4500t压机。

轧制使用3.3m热轧机，天然气炉加热，加热温度为1150℃。

新工艺生产板材编号为S1，热处理采用两种方案，为固溶（ST）和固溶加时效（STA）；而传统工艺生产的编号为S2，因已有固溶ST性能数据表明不能满足要求，故只做STA处理，两种方案分别进行性能检测以作对比。

2 结果与讨论

试验确定的关键技术：

（1）合金的熔炼技术，包含熔炼方法、工艺参数、原料，为保证性能的关键。

（2）板坯锻造和中厚板轧制加工技术。

表1 试验料化学成分（质量分数%）

（3）热处理工艺参数。

2.1 熔炼工艺研究

试验铸锭采用真空感应熔炼加电渣重熔双联法熔炼，有效地去除了非金属夹杂物、有害气体H、O、N以及低熔点金属夹杂元素Pd、Bi等，同时可以将P、S控制在极低的水平。同时可以有效地消除疏松、皮下气孔等缺陷，使得钢质致密、纯净、均匀[4-8]。最终熔炼的合金铸锭化学成分见表1。

试验严格控制原料处理和使用，采用纯净的纯金属原料，经真空冶炼，降低了有害杂质元素P、S的含量。规范了渣系材料的采购标准，对渣系材料的预处理和精炼过程制定了规范，确保熔融渣的纯洁度和质量。真空感应熔炼过程中，确保熔前和过程中的真空度。

同时自耗电极铸锭的表面和头尾部，在转序过程中都必须严格按工艺要求进行彻底处理，不得有氧化物、油污、铁锈等有害物质的污染。中间合金、添加剂在破碎、切割、筛分、组批、包装、运输、使用过程中要严格执行生产工艺规程。过程中不得有任何污染，也不允许有其他夹杂物的进入。进一步提高钢质纯净度，减少非金属夹杂物和有害间隙元素，提高630（S17400）合金的冶金质量，提高热塑性和成品率。