SUS405耐熱鐵素體不銹鋼的開發(fā)生產(chǎn)

SUS405是一種低合金耐熱鐵素體不銹鋼，屬環(huán)保節(jié)能型鋼鐵材料，可用于鍋爐和環(huán)保設(shè)備以及石化行業(yè)抗高溫硫腐蝕設(shè)備的制造，代替部分奧氏體不銹鋼，因其價格優(yōu)勢，具有一定的市場前景。

鋁作為SUS405的合金化元素保證鋼種的耐熱性，為保證鋁的收得率，就要提高鋼水的氧含量要求，以及解決連鑄過程可能引起的水口“結(jié)魚”等問題。SUS405從冶煉到連鑄生產(chǎn)工藝方面的文獻(xiàn)報道較少，因此開發(fā)利用GOR爐+LF爐工藝低成本冶煉SUS405耐熱鐵素體不銹鋼，具有重要的現(xiàn)實意義。

根據(jù)鋼種特點，結(jié)合裝備條件，對SUS405的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了如下設(shè)計：高爐鐵水→“三脫”站處理→GOR爐冶煉→鋁合金化→LF爐精煉→全程保護(hù)澆鑄。

為保證鋼的力學(xué)性能和耐熱性能，SUS405耐熱鐵素體不銹鋼熔煉成分設(shè)計如表1所示，對碳氮含量、鋁含量、夾雜物控制水平要求高，冶煉工藝條件苛刻。必須解決的問題有：低碳氮不銹鋼冶煉的實現(xiàn)及成本控制；低碳氮不銹鋼的脫氧、夾雜物控制；成品鋁含量的保證等。

表1 SUS405熔煉成分控制標(biāo)準(zhǔn)

注：表中所列成分除標(biāo)明范圍外，其余均為最大值。

SUS405采用全鐵水冶煉，冶煉前期，由于鐵水含碳量較高，供氧強度是碳氧反應(yīng)的限制環(huán)節(jié)，因此提高頂槍供氧強度，逐步調(diào)整槍位，快速脫碳升溫，為后續(xù)低碳區(qū)脫碳提供合適的溫度，同時縮短冶煉周期。當(dāng)碳含量脫至目標(biāo)值，溫度合適后，停止頂吹，繼續(xù)底吹吹煉。

在確保生產(chǎn)節(jié)奏的前提下，脫碳后期，增加一個脫碳子階段以進(jìn)行超低碳區(qū)脫碳，適當(dāng)提高該階段的氧氬比，在脫碳的同時避免鉻元素的大量氧化，脫碳目標(biāo)控制為[C]≤0.05%，下表2為優(yōu)化的GOR爐冶煉SUS405的參考供氣模型。

表2 GOR爐冶煉SUS405不銹鋼脫碳參考供氣模型

SUS405碳含量約為0.03%，根據(jù)碳氧平衡原理勢必造成鋼水中氧含量比一般不銹鋼高（普通不銹鋼[C]約0.05%），鋁作為該鋼種重要的合金化元素，對鋼中氧含量要求極高，必須實現(xiàn)深脫氧，否則鋁合金化時，容易產(chǎn)生高熔點的鎂鋁尖晶石夾雜物，不僅影響鋼水澆注，還易在后續(xù)軋制鋼帶的表面產(chǎn)生缺陷。

SUS405鋼種僅靠硅鐵脫氧，不僅增加成本，而且增加渣量，降低爐渣堿度，弱化去除夾雜的能力。采用硅、鋁復(fù)合脫氧并扒除還原渣，不僅能完成深脫氧而且還能盡可能的避免Al2O3、MgO·A2O3等高熔點夾雜物對鋼水的污染。

鋁具有極強的還原性，高溫易氧化，為保證鋁的收得率，經(jīng)試驗最終采用GOR出鋼前在鋼包加入鋁，鋼水終點氧含量≤15ppm的情況下，鋁的收得率約為65%，但因不銹鋼LF精煉及弱吹氬時間長，存在鋼中鋁含量隨時間降低的情況，若LF精煉后期鋼中鋁含量低，由于鋼包渣層較厚，很難通過加鋁粒或喂鋁線等方式提高鋁含量，所以在出鋼合金化時一定要充分考慮出鋼至開澆時間，保證最終的鋁含量。

連鑄工藝控制方面，采用全程保護(hù)澆注，單獨組織生產(chǎn)。大包至中間包采用長水口并進(jìn)行氬封保護(hù)澆注，要求長水口插入中間包鋼水中≥100mm，必須垂直于剛液面。其作用是把主流與空氣隔開，避免鋼水裸露和飛濺造成二次氧化，減少鋼中增氧和溫度損失。中間包內(nèi)加覆蓋劑使鋼水與空氣隔離，并起到吸附夾雜和隔熱保溫的作用。結(jié)晶器加入專用保護(hù)渣，同樣起到保溫和防止二次氧化的作用，良好的保護(hù)渣是鑄坯表面質(zhì)量的前提。

試制鑄坯斷面規(guī)格為200×1520mm，對其內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測分析。按照GB/T266-2015要求，進(jìn)行取樣，保證是試樣檢驗面的粗糙度，按照標(biāo)準(zhǔn)中的熱酸侵蝕法對所取低倍試樣進(jìn)行侵蝕，低倍組織如下圖1所示。根據(jù)YB/T4003-1997對低倍組織進(jìn)行評定，中間裂紋0級，中心偏析C0.5級，中心疏松0.5級，等軸晶粒46%，鑄坯內(nèi)部質(zhì)量控制較好。

圖1 SUS405鑄坯低倍組織

經(jīng)后續(xù)熱軋后，鋼帶成品厚度為3.5mm，經(jīng)檢測夾雜物主要以B類和D類為主，級別不超過1.0級，如下表3所示。

表3 夾雜物檢測結(jié)果

厚度規(guī)格3.5mm的SUS405退火鋼帶力學(xué)性能如下表4，符合用戶使用要求。

表4 力學(xué)性能