[发明专利]一种稀土不锈钢及其冶炼方法

说明书

本发明涉及一种合金钢和金属的重熔工艺，尤其是铁素体-奥氏体双相不锈钢和电渣重熔工艺。本发明中的钢主要适用于石化、环保等领域中耐腐蚀零部件用材料;本发明中的电渣重熔工艺适用于稀土钢的二次精炼。

现工业中常用的316型奥氏体不锈钢1C₁、Ni₉Ti、OCr₁₈Ni₁₂Mo₂Ti和316L等耐蚀性能较差，不能满足化工部门某些特殊要求（例如，PH值为1.0～1.5的室温苯酚污水处理装置的耐蚀性要求）。而一些能满足此类耐蚀性要求的高镍铬奥氏体不锈钢（如包头稀土研究院研制的941钢）和钛合金却价格昂贵，难于采用。此外，现有耐蚀性能优良的铁素体-奥氏体双相不锈钢热加工性能差，不能锻轧成形，难于制造类似苯酚污水处理装置离心泵主轴等性能要求较高的零部件。例如，法国的Uranus50、美国的J93370等均属此类合金。另，美国专利4500351（1985年）提出了一种铸造的双相不锈钢，该钢含有较高的Ni、Cr和Mo，生产成本较高，而耐蚀性能一般。美国专利4828630（1989年）提出了一种高锰的双相不锈钢，该合金虽经济性较好，但耐蚀性较差，只适用于制造汽车下车身的结构件。欧洲专利0220141（1987年）提出了一种具有高耐蚀性和良好组织稳定性的高含氮量双相不锈钢，该合金Cr、Mo含量较高，因而经济性较差。并且，其化学成分复杂，冶炼工艺上难度较大。同时，该合金稀土铈上限含量高达0.18%，这不仅不经济，而且极易产生过量稀土夹杂，对钢的性能产生不利影响。该合金耐蚀性能一般，主要适用于有氯离子存在的环境。此外，欧洲专利0339004（1989年）提出了一种用作医学植入材料的铁素体-奥氏体双相不锈钢，该合金成分与上述欧洲专利0220141的合金成分完全相同，后者仅是前者在用途上的扩展，只强调了其在37℃的人体体液（相当于约0.9%NaCl水溶液）中有良好的耐蚀性和生理相容性。综上所述，现有技术中的双相不锈钢在耐蚀性、热加工性能以及生产成本方面均存在不足之处，因而其应用范围受到很大限制。

此外，现有的稀土渣电渣重熔工艺中重熔钢电极棒本身不含稀土，只是把稀土涂在电极棒上或结晶器内，或加入渣中，然后采用稀土渣重熔，如北京钢丝厂重熔稀土铁铬铝电热合金工艺即是如此。也有的采用单纯稀土渣重熔，加还原剂将渣中稀土还原入电渣钢中，如五二研究所与东北工学院以前重熔稀土铬镍钼钒钢的工艺。这些工艺的最大缺点是稀土的氧化烧损比较严重，稀土回收率低，一般电渣钢中稀土含量仅能达到0.015%左右;而且，稀土难于稳定、均匀地进入电渣钢中。同时，现有的三元稀土渣系（CaO₂∶CaF₂∶CaO＝30∶50∶20）导电性差，不能保证电渣过程稳定连续地进行，也严重影响了稀土钢的冶金质量。

本发明的目的是提供一种耐蚀性能和热加工性能优良，且价格比较便宜的稀土铁索体-奥氏体双相不锈钢，其不仅适于制造化工中苯酚污水处理装置的离心泵主轴等性能要求较高的零部件，而且也可广泛地用于石化、环保和造纸等领域。同时，本发明也提供一种稀土回收率高、精炼效果好的稀土渣电渣重熔工艺。

为实现本发明目的，所设计的稀土双相不锈钢具体化学成分为（重量%）：C≤0.08，Si1.00～1.50，Mn1.20～1.70，S≤0.025，P≤0.030，Ni6.50～8.50，Cr21.0～24.0，Mo2.00～3.00，Cu0.30～2.00，N0.18～0.30，Ce0.01～0.10，Fe余量;在合金成分中，加入适量稀土饰改性，并以氮代镍，适当调配了Cr、Ni、Cu、Si、Mn、Mo等合金元素。

本发明中的稀土渣电渣重熔工艺是进行电渣精炼时，首先使电极棒具有所要求稀土钢的化学成分，然后将该稀土钢电极棒在稀土渣中重熔，重熔过程中不断向渣池中加入适量还原剂，以控制炉渣的氧化还原电势，使稀土均匀稳定地进入电渣钢中。