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一种含氮钢冶炼工艺
申请号	CN201710355967.5	申请日	2017-05-16	公开(公告)号	CN107287502A	公开(公告)日	2017-10-24
申请人	中原特钢股份有限公司;			发明人	胡建成; 姚伟;
摘要	本发明属于炼钢技术领域，涉及一种含氮钢冶炼工艺，精选配料，控制有害元素[As]、[Sn]、[Pb]、[Sb]、[Bi]的含量均≤0.015%，[As]+[Sn]+[Pb]+[Sb]+[Bi]≤0.04%，经过电弧炉冶炼-中频炉冶炼-AOD炉冶炼-LF炉精炼- 真空罐除气-LF炉二次冶炼的冶炼过程，通过在AOD冶炼过程中通入氮气来提高钢中氮含量，可取代真空脱气后重新加入氮化铬来调整氮含量。本发明加入N形成氮的间隙固溶强化，与V和Nb形成碳氮化物沉淀弥散强化，从而研制的新型铁素体系耐热钢，本钢种为新型9Cr铁素体系耐热钢，是实现超超临界火电机组主蒸汽温度由600℃向620℃过渡的关键材料之一。
权利要求	1.一种含氮钢冶炼工艺，其特征在于：该工艺包括如下步骤：（1）、精选配料，控制有害元素 [As]、[Sn]、[Pb]、[Sb]、[Bi]的含量均≤0.015%，[As]+[Sn]+[Pb]+[Sb]+[Bi]≤0.04%；（2）、电弧炉冶炼：控制终点[C]≥0.10%、[P]≤0.004%，出钢温度≥1640℃，出钢1/4～ 3/4过程中随钢流加入铝块1～3kg/t、增碳剂1～2kg/t及石灰2～3kg/t，不允许加硅铁；（3）、中频炉冶炼：将高铬低磷料头、高碳铬铁及钼铁中任意一种、任意两种或三种放入中频炉中进行熔化，出钢前加Ca-Si粉1～1.5kg/t对炉渣进行脱氧，出钢前进行挑渣操作，只出钢不出渣，[P]≤0.02%，温度≥1640℃，满足出钢条件后与电弧炉配合出钢后倒入AOD炉中；（4）、AOD炉冶炼：兑钢前AOD炉内烘烤温度≥900℃，炉内提前加入石灰400～600kg，兑钢后搅拌1～2分钟测温，使用氮气进入自动吹炼模式，吹炼过程中根据需要补加2000～ 4000kg石灰及合金；碳含量≤0.04%、温度≥1650℃时，加入硅铁或硅锰10～16kg/t，吹氮气还原5～8分钟；测温、取样，扒除50%以上的炉渣后重新加入石灰约300～800kg、萤石约150～400kg、铝块40～100kg造渣脱氧、脱硫；温度≥1580℃出钢，出钢前取玻璃管样分析[H]、[O]、[N]气体含量，然后转LF炉精炼；（5）、LF炉精炼：转入LF钢包精炼炉后接通氩气送电，期间加入硅铁粉或硅钙粉2～4kg/t进行脱氧，渣白后温度≥1560℃取样按内控成分精调化学成分，其中[Cr]按8.0～8.5%控制，温度1650～1660℃吊包进入真空罐脱气，吊包前取玻璃管样分析气体含量；（6）、真空罐除气：钢包吊入真空罐后测温，接通氮气，在真空度≤0.7mbar下保持时间≥15分钟，破空后调整氮气压力≥0.25MPa、流量250NL/min，吹氮气0～20分钟，之后抬盖，在线定氢，控制[H]≤1.5ppm，取气体样分析[O]、[N]含量；（7）、LF炉二次冶炼：除气之后将钢包吊回LF钢包精炼炉，接通氩气，根据分析出的氮含量，按目标值调整[N]、[Cr]成分，合金加完后氩气小流量搅拌，弱搅拌时间≥10分钟后吊包浇钢。 2.根据权利要求1所述的一种含氮钢冶炼工艺，其特征在于：冶炼超超临界高压锅炉管坯用钢时，其化学成分重量百分比如下：C：0.06-0.15%、Mn≤0.60％、Si≤0.40％、Cr： 8.00－10.0％、Mo：0.40-0.60％、Ni≤0.40％、V：0.15－0.35％、W：1.5－1.80％及N：0.03－ 0.10％，余量为铁，还可含有一种或一种以上下列重量含量的成分：Nb≤0.10％、B≤ 0.01％。 3.根据权利要求2所述的一种含氮钢冶炼工艺，其特征在于：冶炼超超临界高压锅炉管坯用钢时各元素重量百分比最佳选择为：C：0.08-0.13%、Mn：0.40～0.60％、Si≤0.30％、Cr：8.50－9.50％、Mo：0.45-0.55％、V：0.20－0.30％、W：1.7－1.80％及N：0.05－0.10％。 4.根据权利要求1所述的一种含氮钢冶炼工艺，其特征在于：中频炉原材料选用高铬低磷料头、铬铁、钼铁及钒铁合金，将中频炉熔化的合金钢水与电炉钢水一并兑入AOD炉中进行精炼，使用氮气进入自动吹炼模式，吹炼结束后兑入钢包炉精炼、升温，调整温度，加石灰、萤石调整渣量，微调合金，调整炉渣碱度（R）2.0～3.0。 5.根据权利要求1所述的一种含氮钢冶炼工艺，其特征在于：真空罐底部通入氮气对钢液进行搅拌，在真空度≤0.70mbar下保持时间≥15分钟，破空后在线定氢、定氧、测温、检测成分，然后对钢水成分进行微调整，满足要求后即可中吊包浇铸。
说明书全文	一种含氮钢冶炼工艺技术领域 [0001] 本发明属于炼钢技术领域，涉及一种含氮钢冶炼工艺。背景技术 [0002] P92 钢为新型9Cr 铁素体系耐热钢，是实现超超临界火电机组主蒸汽温度由600℃向620℃过渡的关键材料之一。超超临界火电机组蒸汽参数超过600℃/25MPa后，主蒸汽和再热蒸汽管道用材料要求具有更高的抗拉强度、抗高温蠕变和抗氧化腐蚀性能，现有的P91钢已不能满足此要求，必须使用P92 钢；P92 钢氮含量的控制通常是在钢液真空脱气后加入氮化铬，冶炼时间长，钢液易吸气。发明内容 [0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足而提供一种生产工艺经济科学且生产的产品质量稳定的含氮钢冶炼工艺。 [0004] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种含氮钢冶炼工艺，该工艺包括如下步骤：（1）、精选配料，控制有害元素 [As]、[Sn]、[Pb]、[Sb]、[Bi]的含量均≤0.015%，[As]+[Sn]+[Pb]+[Sb]+[Bi]≤0.04%；（2）、电弧炉冶炼：控制终点[C]≥0.10%、[P]≤0.004%，出钢温度≥1640℃，出钢1/4～ 3/4过程中随钢流加入铝块1～3kg/t、增碳剂1～2kg/t及石灰2～3kg/t，不允许加硅铁；（3）、中频炉冶炼：将高铬低磷料头、高碳铬铁及钼铁中任意一种、任意两种或三种放入中频炉中进行熔化，出钢前加Ca-Si粉1～1.5kg/t对炉渣进行脱氧，出钢前进行挑渣操作，只出钢不出渣，[P]≤0.02%，温度≥1640℃，满足出钢条件后与电弧炉配合出钢后倒入AOD炉中；（4）、AOD炉冶炼：兑钢前AOD炉内烘烤温度≥900℃，炉内提前加入石灰400～600kg，兑钢后搅拌1～2分钟测温，使用氮气进入自动吹炼模式，吹炼过程中根据需要补加2000～ 4000kg石灰及合金；碳含量≤0.04%、温度≥1650℃时，加入硅铁或硅锰10～16kg/t，吹氮气还原5～8分钟；测温、取样，扒除50%以上的炉渣后重新加入石灰约300～800kg、萤石约150～400kg、铝块40～100kg造渣脱氧、脱硫；温度≥1580℃出钢，出钢前取玻璃管样分析[H]、[O]、[N]气体含量，然后转LF炉精炼；（5）、LF炉精炼：转入LF钢包精炼炉后接通氩气送电，期间加入硅铁粉或硅钙粉2～4kg/t进行脱氧，渣白后温度≥1560℃取样按内控成分精调化学成分，其中[Cr]按8.0～8.5%控制，温度1650～1660℃吊包进入真空罐脱气，吊包前取玻璃管样分析气体含量；（6）、真空罐除气：钢包吊入真空罐后测温，接通氮气，在真空度≤0.7mbar下保持时间≥15分钟，破空后调整氮气压力≥0.25MPa、流量250NL/min，吹氮气0～20分钟，之后抬盖，在线定氢，控制[H]≤1.5ppm，取气体样分析[O]、[N]含量；（7）、LF炉二次冶炼：除气之后将钢包吊回LF钢包精炼炉，接通氩气，根据分析出的氮含量，按目标值调整[N]、[Cr]成分，合金加完后氩气小流量搅拌，弱搅拌时间≥10分钟后吊包浇钢。 [0005] 冶炼超超临界高压锅炉管坯用钢时，其化学成分重量百分比如下：C：0.06-0.15%、Mn≤0.60％、Si≤0.40％、Cr：8.00－10.0％、Mo：0.40-0.60％、Ni≤0.40％、V：0.15－0.35％、W：1.5－1.80％及N：0.03－0.10％，余量为铁，还可含有一种或一种以上下列重量含量的成分：Nb≤0.10％、B≤0.01％。 [0006] 冶炼超超临界高压锅炉管坯用钢时各元素重量百分比最佳选择为：C：0.08-0.13%、Mn：0.40～0.60％、Si≤0.30％、Cr：8.50－9.50％、Mo：0.45-0.55％、V：0.20－ 0.30％、W：1.7－1.80％及N：0.05－0.10％。 [0007] 中频炉原材料选用高铬低磷料头、铬铁、钼铁及钒铁合金，将中频炉熔化的合金钢水与电炉钢水一并兑入AOD炉中进行精炼，使用氮气进入自动吹炼模式，吹炼结束后兑入钢包炉精炼、升温，调整温度，加石灰、萤石调整渣量，微调合金，调整炉渣碱度（R）2.0～3.0。 [0008] 真空罐底部通入氮气对钢液进行搅拌，在真空度≤0.70mbar下保持时间≥15分钟，破空后在线定氢、定氧、测温、检测成分，然后对钢水成分进行微调整，满足要求后即可中吊包浇铸。 [0009] 本发明的技术方案产生的积极效果如下：超超临界火电机组蒸汽参数超过600℃/25MPa后，主蒸汽和再热蒸汽管道用材料要求具有更高的抗拉强度、抗高温蠕变和抗氧化腐蚀性能，现有的P91钢已不能满足此要求，通过对其成分进行优化，本发明的含氮钢冶炼工艺适当降低Mo的含量并加入W，形成以W为主的W-Mo复合固溶强化，加入N形成氮的间隙固溶强化，与V和Nb形成碳氮化物沉淀弥散强化，从而研制的新型铁素体系耐热钢，P92钢为新型 9Cr铁素体系耐热钢，是实现超超临界火电机组主蒸汽温度由600℃向620℃过渡的关键材料之一，为改善625—650C高温瞬时强度和长期持久性能，V、Nb和N及V/N比控制是其中关键之一，这样在合适的冶炼锻造热处理条件下可确保数量适中的细小一次MX相和细小均布的二次MX相，B和N以固溶形式存在对高温性能有利。 [0010] 通过在AOD冶炼过程中通入氮气来提高钢中氮含量，可取代真空脱气后重新加入氮化铬来调整氮含量。本发明加入N形成氮的间隙固溶强化，与V和Nb形成碳氮化物沉淀弥散强化，从而研制的新型铁素体系耐热钢，本钢种为新型9Cr铁素体系耐热钢，是实现超超临界火电机组主蒸汽温度由600℃向620℃过渡的关键材料之一。 [0011] 在配料时选用优质废钢、优质生铁、海绵铁等原材料，特别是控制其中的As、Sn、Pb、Sb、Bi等有害杂质含量，大大提高了钢水纯净度，从而可进一步提高超高压锅炉用钢的使用寿命；电弧炉出钢时只出钢不出渣，有效防止了出钢过程中渣钢混冲回磷。具体实施方式 [0012] 以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。 [0013] 一种含氮钢冶炼工艺，冶炼超超临界高压锅炉管坯用钢，包括如下步骤：(1)冶炼用原材料选用优质废钢、优质生铁、海绵铁，控制原材料的[As]、[Sn]、[Pb]、[Sb]、[Bi]均≤0.015%，As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.04%；原材料中化学成分重量百分组成如下：C 0.06-0.15%、Mn≤0.60％、Si≤0.40％、Cr 8.00－10.0％、Mo 0.40-0.60％、Ni≤0.40％、V 0.15－0.35％、W 1.5－1.80％、N 0.03－0.10％，余量为铁，还可含有一种或一种以上下列重量含量的成分：Nb≤0.10％、B≤0.01％；（2）电弧炉冶炼时，按常规方法脱磷、升温、脱碳、去气去夹杂，电炉出钢只出钢不出渣，[C]≥0.10%、[P]≤0.004%，温度≥1640℃；（3）电弧炉出钢1/4～3/ 4过程中钢包中加入铝块1.5kg/t、增碳剂1.0kg/t及石灰2.5kg/t，不加硅铁；（4）将高铬低磷料头、高碳铬铁、钼铁放入中频炉中进行熔化，出钢前加Ca-Si粉1.5kg/t对炉渣进行脱氧，温度≥1640℃，满足出钢条件后与电弧炉配合出钢后倒入AOD炉中；（5）、兑钢前AOD炉内温度应≥900℃，炉内提前加入石灰400～600kg，兑钢后搅拌1～2分钟测温，使用氮气进入自动吹炼模式。吹炼过程中根据需要补加石灰2000～4000kg；碳含量≤0.04%、温度≥1650℃时，加入硅锰12kg/t，吹氮气还原5～8分钟；测温、取样，扒除50%以上的炉渣后重新加入石灰约500kg、萤石约200kg、铝块80kg造渣脱氧、脱硫；温度≥1580℃出钢，出钢前取玻璃管样分析气体含量,控制[N]的含量0.05～0.10%;（6）、转入LF钢包精炼炉后接通氩气送电，期间加入硅铁粉或硅钙粉～3kg/t进行脱氧，渣白后温度≥1560℃取样按内控成分精调化学成分，其中[Cr]按8.0～8.5%调整，温度1650～1660℃吊包进入真空罐脱气，吊包前取玻璃管样分析气体含量,控制[N] 的含量0.05～0.10%;（7）、钢包吊入真空罐后测温，接通氮气，在真空度≤0.7mbar下保持时间≥15分钟，破空后调整氮气压力≥0.25MPa、流量250NL/min，吹氮气0～20分钟，之后抬盖，在线定氢，控制[H]≤1.5ppm，取气体样分析[O]、[N]含量，控制[O]≤30ppm，控制[N]0.04～0.07%；（8）、将钢包重新吊回LF钢包精炼炉，接通氩气，根据分析出的氮含量，若[N]0.04～0.07%则用微铬调整铬成分，若[N]含量不满足0.04～ 0.07%，则用低氮氮化铬调整Cr、N成分，合金全部加完后氩气小流弱搅拌时间≥10分钟后吊包模铸成钢锭。 [0014] 本发明在控制氮含量方面采取在AOD炉中使用氮气代替氩气进行吹炼，在真空除气时又用吹氮代替吹氩进行真空精炼，使VD后氮含量基本能进入要求范围，不用再用氮化铬调整氮含量。利用本实施例的工艺进行了三组冶炼，三组冶炼的各个元素重量百分比及Cr当量如下表中所示：本实施例冶炼的超超临界高压锅炉管坯用钢，铬当量均未超过10，铁素体严格控制在 1.0%C以内，质量稳定，其生产工艺更加经济、科学。

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