[发明专利]一种镍耐热不锈钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍耐热不锈钢及其制造方法。

背景技术

耐热不锈钢具有良好的高温抗氧化性能、高温长期使用性能(即蠕变性能、持久性能)以及高温下的组织稳定性，但目前国内外所使用的耐热不锈钢对合金的含量要求较高，如普通的SUS310S，含有约25％的铬(Cr)和20％的镍(Ni)。由于镍是贵重金属，价格高，因此现有的耐热不锈钢如普通的SUS310S生产成本较高。

发明内容

为了克服现有镍耐热不锈钢的上述不足，本发明提供一种成本低的镍耐热不锈钢，同时提供一种成本低的镍耐热不锈钢的制造方法。

本发明的宗旨是采用添加多种复合元素，进而在保证材料良好耐热性的前提下，降低材料中的贵重合金含量，为工业等领域，提供一种低成本的耐热不锈钢产品及制造方法。

本发明钢种的原理是主要为在一定Cr、Ni含量的基础上，通过提高钢中Si含量并复合添加Nb、Cu、N、Ti及Mo等合金元素，限制Mn含量在1.0％以下(本发明的材料中对耐热性的负面影响，因此本钢种Mn含量较常规奥氏体不锈钢低)，进而提高材料的抗高温氧化性，而研制的一种耐热奥氏体不锈钢，由于钢中Si的作用，保证了该材料在1000℃仍具有良好的抗氧化性能；而N、Nb、Ti、Mo以及Cu等元素的存在，使得其具有与镍基合金相当的持久强度，而且N对脆性的σ相析出有延缓作用，提高了材料在高温条件下的组织稳定性。并且降低了不锈钢中O与S的含量，从而保证了合金具有优良的耐热性及优良的塑性，具有与较SUS310S同等的高温使用性能，同时明显降低Ni的含量，有效地节约了资源，降低了制造成本。主要采用AOD炉制造这种材料的冶炼工艺方法(工艺包括：电炉+AOD法、转炉+AOD等不锈钢冶炼方法)制造出镍耐热不锈钢。

本镍耐热不锈钢的化学成分的质量百分配比为：C 0.03～0.08％Si  3.00％～4.00％Cr  17.5％～20.0％Ni  13.00％～14.00％N 0.02～0.20％Mn 0.3～1.0％P≤0.030％S≤0.030％Mo 0.1～0.50％Cu 0.1～1.0％Nb≥8×C～0.80％其余为Fe与不可避免的杂质。

本镍耐热不锈钢的制造方法主要包括：电炉+AOD法、转炉+AOD等以AOD炉为主要精炼炉的不锈钢冶炼方法。

本镍耐热不锈钢的制造方法包括下述依次的步骤：

(一)加粗炼钢水

根据不同的冶炼装备，把含碳量为1.3％～2.5％、磷含量为0.00％～0.035％、温度为1400℃～1600℃的不锈钢母液倒入AOD炉内。

(二)脱碳

顶底复合吹氧气进行脱碳，为加快反应，AOD吹氮气进行搅拌。脱碳过程中加入石灰与白云石，石灰加入量为100Kg/t钢～120Kg/t钢，白云石加入量为30Kg/t钢～40Kg/t钢，比较所兑钢水铬含量与规定铬含量18.0％～20.0％，(对于冶炼，为防止所兑钢水铬含量过低造成后期加入大量铬合金，造成钢水温度波动，不利于稳定脱碳，所以兑入的钢水铬含量下限一般会适当提高)对钢水的成分进行微调，当铬含量小于19.0％时，加入高碳铬铁；当铬含量大于19.0％，钢水氧化完并还原渣中的合金后加入碳钢及部分合金进行稀释与成分的微调。

根据兑钢时钢水碳含量及采用AOD冶炼行业通用的计算机模拟计算，确定吹氧量，根据计算机在线对碳含量的模拟计算，当碳含量为0.15％～0.2％时，测量钢水温度，取样分析，对碳含量进行确认，碳含量控制在0.15％～0.2％。

也可根据以前的有关经验，从兑钢水开始吹炼20分钟～30分钟后，测量钢水温度，取样分析碳含量，一般控制碳含量为0.15％～0.2％。

继续脱碳，根据取样分析的结果及计算机在线连续模拟计算，调整氧化后期的吹氧量，进行吹氧脱碳；当模拟计算的碳含量为0.08％以下时，取样分析实际的碳含量，碳含量控制在0.03％～0.06％。碳含量达到要求后，进行下一步操作。

也可根据以前的有关经验，在氧化后期25分钟～40分钟，测量钢水温度，取样分析碳含量，一般控制碳含量为0.03％～0.06％，然后进行下一步操作。

(三)还原

AOD炉内加入硅铁，一般以块状物加入，加入量40Kg/t钢～50Kg/t钢，加入石灰与萤石，石灰20Kg/t钢～25Kg/t钢，萤石10Kg/t钢～15Kg/t对钢水进行还原和脱硫，此时继续侧吹氮气；

(四)硅含量控制

还原后，按钢水质量的3％含量计算加入Si-Fe合金进行硅的补加，这种工艺，一方面提高了硅的收得率，同时也降低了冶炼时间。