[发明专利]高温合金钢P91的冶炼方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁行业的合金钢冶炼工艺，尤其是指高温合金钢P91的冶炼方法。

背景技术

高压锅炉管坯用P91合金钢，主要用于大容量超临界发电机组。它的突出优点是耐高温、耐高压和持久强度高，并且综合性能优良。为了满足一定的硬度要求，需要控制钢坯中的N含量，一般控制在400～500ppm之间，而且材料上不能出现皮下气泡和白点缺陷。

目前，高压锅炉管坯用P91合金钢的冶炼方法一般采用槽式电弧炉+LFV或槽式电炉+转炉进行冶炼，并且通过精练末期添加氮化物合金进行增氮。该现有工艺中存在下列问题：1)N的控制采用浇注前添加氮化合金来实现(如氮化铬铁或氮化锰铁)，合金化时氮的收得率低，控制不稳定，同时氮化铬铁或氮化锰铁中的杂质元素易污染钢液；2)采用槽式电炉出钢渣量过大，造成钢液的有害残余元素和残余气体的增加(钢锭存在皮下气泡和白点缺陷)。所以容易在浇注13.2t锭型的过程中产生皮下气泡和白点缺陷，当生产φ400～580规格的大管坯时，此缺陷在轧制和穿管过程中容易产生表面裂纹和内表面裂纹，最终造成报废。

发明内容

本发明的目的是：提供一种高温合金钢P91的冶炼方法，可以稳定控制钢液中氮含量，提高钢液的纯净度，节约合金，同时消除现有冶炼工艺中存在的材料皮下气泡和白点缺陷，避免在轧制和穿管过程中容易产生的表面裂纹和内表面裂纹现象。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高温合金钢P91的冶炼方法，其特征在于：包括以下步骤：1)通过偏心底出钢电弧炉熔化废钢；2)出钢合金化操作：出钢过程中根据氧气消耗量加入适量的SiAlFe和Al粒作脱氧剂，再加入MoFe和微Cr，最后加入造渣料；3)钢包精炼：分批加入石灰调整渣系，同时采用SiFe粉和C渣面脱氧，升温后分批加入其余合金，调整成标准成分，再进行底吹氮直至温度达到吊包温度，分析终点氮含量，控制在400～500ppm；4)真空抽气；5)破真空后切换氧气搅拌，测温/定氢/取样分析，根据分析结果中氮含量，调整氮气流量进行吹氮合金化，取样分析，根据分析结果决定吹入量；6)浇注。

采用偏心底出钢EAF+LF+VD工艺路线代替原有工艺路线，解决了原工艺渣量过大带来的有害元素脱除困难、影响冶炼质量的问题。采用吹氮合金化，代替浇注前添加合金增氮合金化，消除了冶炼末期添加合金杂质对钢液的污染，同时节省了合金。新工艺存在过程添加合金过多的难点，通过优化的合金添加制度，已经得到克服。

本发明的详细步骤如下：

第一步通过偏心底出钢电弧炉(沥青炉衬)，采用一定的电压和电流熔化废钢。第二篮料通电熔化后，第二篮料熔清大于80％后吹氧助熔，出钢温度控制在1680～1700℃(温度过高会影响电炉的寿命，过低会造成部分钢液凝固在钢包内)。出钢时成分控制C≤0.05％，P≤0.008％。并且出钢过程采用EBT出钢，可以防止氧化渣进入钢包，污染钢液。

第二步出钢合金化操作：预先在钢包内加入出钢量5％～6％微Cr合金与钢包一起同时进行烘烤，加入过多，不能完全熔化，过少造成后期补加增加，冶炼时间过长。出钢量达到30％时，开始加入150～200kg的SiAlFe及70～80kg的Al粒作脱氧剂，出钢量达到50％时，加入出钢量0.5～0.6％的MoFe(Mo含量55％)和出钢量2％～3％微Cr，最后加入造渣料：石灰400～500kg和淌道砖50～60kg(含SiO₂为32％，Al₂O₃为48％)。常规操作都是随钢流加入少量合金，造成LF添加合金负担过重，冶炼时间长。

第三步钢包精炼：钢包就位LF后，首先分批加入石灰100～150kg调整渣系，同时采用SiFe粉和C渣面脱氧，造白渣，保证炉渣有一定的发泡效果和流动性。当升温到1580℃～1600℃后，分2～3批加入其余合金，调整成分进内控。在合金完全调整后开始进行底吹氮代替底吹氩搅拌，直到温度达到吊包温度1670～1690℃。分析终点氮含量基本控制400～500ppm之间。吊包前加入钢液0.1％～0.15％NbFe。

第四步真空抽气：保证在≤66.7Pa真空度以下，抽真空时间≥15min真空时，钢包底吹氩流量视搅拌情况控制在100～400Nm³/min。该流量根据生产节奏情况确定。