一种低成本高钛耐热奥氏体不锈钢及其制备方法与流程

1.本发明属于金属冶炼技术领域，具体涉及的是一种低成本高钛耐热奥氏体不锈钢及其制备方法。


背景技术：

2.高钛耐热奥氏体不锈钢通常用于制作高温紧固件，广泛用于航空航天、汽车和石油石化等领域。高钛耐热奥氏体不锈钢通过720℃的保温时效析出强化后，室温屈服强度可达580mpa以上，抗拉强度可达900mpa以上，且具备较好的塑性，伸长率可超过20%。因其组织的析出强化，该不锈钢材料在400-800℃范围仍保持较高强度，在650℃下，加载450mpa应力，高温持久可超过23小时；加载392mpa应力，高温持久可超过100小时。
3.现有技术中，高钛耐热奥氏体不锈钢一般需先在990℃附近进行固溶处理，然后在710℃附近进行保温时效。固溶处理后使其软化，面缩率可达65%以上，主要目的是为了更易加工变形，满足紧固件的加工要求。加工为成品后，进行成品热处理，达到成品的强度和使用性能，满足尺寸精度和力学性能的要求。
4.因为该钢种中含有较高含量的ti元素，ti元素非常活泼，易于烧损，在钢中易于形成氧化物生产原位夹杂物，损害钢的组织。ti元素含量对时效后的强度影响较大，主要原因为ti元素与ni元素形成的一定量的ni2ti相对基体的析出强化作用。
5.该钢种一般用于较苛刻的环境，需要较长的寿命，故含有较高的cr含量，确保该钢在服役过程中与水或潮湿空气接触不受腐蚀，其中cr含量大于13.5%，且还含有1%以上的mo元素，显著提升了其耐腐蚀性能。因ti元素在2%的较高含量水平，结合ti的活泼性，在浇注过程中因难免与空气接触，而发生快速氧化形成高熔点的氮化钛和二氧化钛结瘤。所以不适合进行小水口的连铸生产，而规模化生产的一个可行措施为大容量钢包的模铸浇注方式。通过采用“电炉 氩氧炉 lf精炼 模铸”工艺，相较于感应炉冶炼，可显著降低该钢种的生产成本，吨钢降本约2万元。但采用“电炉 氩氧炉 lf精炼 模铸”工艺生产工序复杂，需要采用特殊的工艺控制手段。
6.本发明致力于打通“电炉 氩氧炉 lf精炼 模铸”工艺，在成分和工艺上双重控制，本发明的钢锭可用于生产的初轧材、锻材和各类型线材。


技术实现要素：

7.本发明解决的技术问题是：解决高钛耐热奥氏体不锈钢一直以来采用感应炉冶炼的高成本问题，提供一种低成本高钛耐热奥氏体不锈钢及其制备方法。
8.本发明为解决背景技术中存在的技术问题而采取的技术方案是：一种低成本高钛耐热奥氏体不锈钢，其化学成分按质量百分比为：0.005%≤c n≤0.05%，0.1%≤si≤0.8%，0.1%≤mn≤2.0%，0.005%≤p≤0.05%，0.001%≤s≤0.01%，13%≤cr≤16%，24%≤ni≤27%，1.0%≤mo≤1.5%，2%≤ti≤3%，0.05%≤al≤0.35%，0.1%≤v≤0.5%，0.001%≤b≤0.01%。
9.该钢种中的合金元素添加较多，主要为了达到使役环境的耐热寿命要求，其中cr、mo和v为提升耐蚀性能，ni、al、ti等提升室温和高温力学性能。但该钢中的ti含量可达2%，为罕见的高ti不锈钢品种。该钢种的生产一直采用感应炉冶炼生产，效率低，成本高。
10.因前期开发的钢种中含ti元素的情况并不少见（如321不锈钢等），虽然在连铸过程中存在难以克服的缺点，但采用模铸浇注工艺还具有可行性，通过前期的调研，结合钢种合金成分的特点，制定了低成本高钛耐热奥氏体不锈钢的制备方法，即“电炉 氩氧炉 lf精炼 模铸”工艺，包括以下步骤：s1、因钢中含有较高含量的ti元素（2%≤ti≤3%），在aod熔炼还原期添加al粉进行调渣，将渣的碱度调整至2.0以上，并且渣的颜色呈黄白色；在aod熔炼还原过程中ti添加温度控制在1660~1700℃；s2、首先，在lf炉阶段微调al和ti的含量，使al：ti=1:（10~11.5）；然后，采用底吹强搅拌，搅拌强度150l/min，搅拌时间≥5min；最后，采用弱搅拌，弱搅拌时间≥5min；s3、控制待浇注钢水的出钢温度为t （85℃~120℃），其中t为钢的液相线温度；s4、浇铸锭型采用2.9-6吨锭型，每支锭的注速为500-600kg/min，冒口注时与锭身注时相同，浇注过程采用氩气保护，氩气流量不小于5m3/min；浇注后静置不小于3小时，送入下一工序轧制或锻造，制得高钛耐热奥氏体不锈钢成品。
11.进一步的，在所述步骤s1中，ti为海绵钛。
12.进一步的，在所述步骤s3中，待浇注钢水的出钢温度为t （100℃~120℃）。
13.进一步的，在所述步骤s4中，钢锭模浇注前需预热至80℃以上，锭模采用氩气吹扫。
14.进一步的，在所述步骤s4中，浇铸锭型为5.6吨或2.9吨电极坯圆锭（后续可直接用于电渣重熔）或者带冒口的方锭（后续可用于直接开坯轧制或锻造）。
15.进一步的，在所述步骤s4中，冒口浇高不小于330mm，可提升钢锭的保温和补缩作用，降低钢锭温降速度，降低钢锭应力。
16.进一步的，在所述步骤s4中，开坯轧制或锻造开始温度控制在1100-1180℃之间，低于1000℃时需回炉补热至开始加工温度。
17.与现有技术相比本发明的有益效果为：本发明提供了一种高钛耐热不锈钢及其低成本制备方法，采用本制备方法可显著降低冶炼成本，较感应炉冶炼降低约50%，并且避免了浇注结瘤问题。通过适当控制也避免了ti元素的烧损、感应锭缩孔过大、内部质量风险高的问题。模铸锭锭型补缩性能好，可直接用于开坯轧制或锻造，有效提升轧制比，组织进一步细化，提升热加工产品致密性和性能。同时可提高后续轧制的成材率，其中开坯成材率提高可至85%，盘条轧制成材率可提高至93%。
具体实施方式
18.下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
19.实施例1低成本高钛耐热奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：s1、在aod熔炼还原期添加al粉进行调渣，将渣的碱度调整至2.0以上，并且渣的颜
色呈黄白色；在aod熔炼还原过程中海绵钛添加温度控制在1660℃；s2、首先，在lf炉阶段微调al和ti的含量（wt%），使al：ti=1:10；然后，采用底吹强搅拌，搅拌强度150l/min，搅拌时间≥5min；最后，采用弱搅拌，弱搅拌时间≥5min；s3、控制待浇注钢水的出钢温度为1435℃；s4、钢锭模浇注前需预热至80℃以上，锭模采用氩气吹扫；浇铸锭型采用5.8吨锭型方锭，每支锭的注速为500kg/min，冒口注时与锭身注时相同，冒口浇高不小于330mm，浇注过程采用氩气保护，氩气流量不小于7.5m3/min；浇注后静置5小时，送入下一工序进行锻造，制得高钛耐热奥氏体不锈钢锻件，锻后组织致密，晶粒度7级。
20.实施例1中成品钢水化学成分（质量分数）组成如下表1所示，命中目标。
21.实施例2低成本高钛耐热奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：s1、在aod熔炼还原期添加al粉进行调渣，将渣的碱度调整至2.0以上，并且渣的颜色呈黄白色；在aod熔炼还原过程中海绵钛添加温度控制在1680℃；s2、首先，在lf炉阶段微调al和ti的含量（wt%），使al：ti=1:11；然后，采用底吹强搅拌，搅拌强度150l/min，搅拌时间≥5min；最后，采用弱搅拌，弱搅拌时间≥5min；s3、控制待浇注钢水的出钢温度为1428℃；s4、钢锭模浇注前需预热至80℃以上，锭模采用氩气吹扫；浇铸锭型采用5.8吨锭型方锭，每支锭的注速为550kg/min，冒口注时与锭身注时相同，冒口浇高不小于330mm，浇注保护渣采用碳含量不超过1.8%的低碳保护渣，浇注过程采用氩气保护，氩气流量不小于6m3/min；浇注后静置5小时，送入下一工序进行开坯轧制，开坯轧制温度为1140℃，制得高钛耐热奥氏体不锈钢轧件，开坯轧制后组织致密，晶粒度8级。
22.实施例2中成品钢水化学成分（质量分数）组成如下表2所示，命中目标。
23.实施例3低成本高钛耐热奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：s1、在aod熔炼还原期添加al粉进行调渣，将渣的碱度调整至2.0以上，并且渣的颜色呈黄白色；在aod熔炼还原过程中海绵钛添加温度控制在1700℃；s2、首先，在lf炉阶段微调al和ti的含量（wt%），使al：ti=1:11.5；然后，采用底吹强搅拌，搅拌强度150l/min，搅拌时间≥5min；最后，采用弱搅拌，弱搅拌时间≥5min；s3、控制待浇注钢水的出钢温度为1435℃；s4、钢锭模浇注前需预热至100℃以上，锭模采用氩气吹扫；浇铸锭型采用5.8吨锭
型方锭，每支锭的注速为600kg/min，冒口注时与锭身注时相同，冒口浇高不小于330mm，浇注保护渣采用碳含量不超过1.8%的低碳保护渣，浇注过程采用氩气保护，氩气流量不小于9m3/min；浇注后静置4小时，送入下一工序进行开坯轧制，开坯轧制温度为1100℃，制得高钛耐热奥氏体不锈钢轧件，开坯轧制后组织致密，晶粒度8级。
24.实施例3中成品钢水化学成分（质量分数）组成如下表3所示，命中目标。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。