一种常压冶金两步制造高氮不锈钢钢板的方法技术

本发明专利技术属于钢铁铸造、冶金领域，具体涉及一种常压冶金两步制造高氮不锈钢钢板的方法，所述方法由步骤一“离心铸管”和步骤二“冶金平整”两步组成。其中，步骤一包括离心铸造工艺与设备准备、配料、合金熔炼、离心铸造、出型、清理；步骤二包括切割和平整。该方法能够制造大幅面高氮奥氏体不锈钢钢板，解决了通过直接铸造方法不能铸造大幅面钢板的难题，也避免了由于高氮奥氏体不锈钢加工硬化程度高导致的开坯轧制加工的难度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钢铁铸造、冶金领域，具体设及一种常压冶金两步制造大幅面规格的 高氮奥氏体不诱钢钢板的方法。
技术介绍
随着中国海工行业的不断发展，对海洋工程材料提出了新的要求，尽管已经有了 适应要求的工程材料，但是对更高性能材料的研发和需求从未止步。例如船体用结构钢，从 GB712 1988到GB712 2000、GB712 2011，标准的名称由"船体用结构钢"到"船舶及海洋工程 用结构钢"，用途从"用于制造远洋、沿海和内河航区船舶的船体结构的一般强度钢和高强 度钢"扩展到进一步包括海洋工程用钢和超高强度结构钢，增加了高强度、超高强度牌号和 质量级别。中国工程院在2013年3月启动了 "中国海洋工程材料研发现状与发展战略初步研 究"咨询项目；2013年8月召开的海洋工程材料研发、生产与应用的研讨会上，中国工程院院 ±周廉表示"要发展先进的海洋工程装备，材料先行刻不容缓"；在材料上提出了比船舶用 钢更高的要求，采用的钢板必须具有高强度、高初性、抗疲劳、抗层状撕裂、良好的焊接性及 抗海水腐蚀等性能。当前标准提供的低碳当量低合金结构钢必须采取耐腐蚀防护工艺，而 且使用寿命较低。自80年代研发和应用热烈的高氮不诱钢已成为海洋工程急切需求的最重 要结构材料之一。例如高氮奥氏体不诱钢Cr20Mnl8Mo2.5N0.9铸锭在铸态抗拉强度> 830Mpa、屈服强度含565Mpa、延伸率含30 %，计算疲劳强度>567Mpa，耐点蚀当量值>57，对 比316U316N和316LN不诱钢，具有显著的高强度和耐海水腐蚀性能。 现有专利(200810050792.8)提供了在常压条件下烙炼氮含量高达0.6 -1.2%的高 氮奥氏体不诱钢获得铸锭的方法，为高氮奥氏体不诱钢在冶金领域的应用提供了基础性的 条件。然而，高氮奥氏体不诱钢在普通环境大气压力下烙炼和铸造时，一种不利的状况是： 自释放氮气，氮气聚集形成氮气孔桐，留存于铸件中，容易造成铸件孔桐缺陷W及不合理的 分布特征;诱注成铸锭时，氮气孔桐与缩孔结合放大，在铸锭屯、部形成较深的严重的的缩孔 或缩松缺陷。针对氮过饱和程度高的高氮奥氏体不诱钢，在加工时更是困难重重。采用常规 铸造方法，即使烙炼和铸造工艺控制满足要求，但氮气自释放后仍留在铸件中，小尺寸实验 铸锭中体现为深的缩孔，甚至超过铸锭=分之二的长度;在实验的板形型腔钢板铸件中，体 现为钢板中屯、层分布着显著的孔桐;或者在其它型腔铸件的热节部位，包含大的孔桐和严 重的缩松缺陷。如果工艺控制发生延迟或超溫时，会发生氮的过量释放，在工艺上，难W控 制氮的合金化浓度;或者，在检查最终铸造产品的氮含量时，低于化学成分控制值。另一种 不利的状况是：纠正前一种缺陷，修改高氮奥氏体不诱钢化学成分，调整主要合金元素含 量，但增加了脆性，容易导致冷裂缺陷，增加加工和开巧的难度。并且，由于高氮奥氏体不诱 钢高强度、高热强度、高加工硬化和低的再结晶软化的事实，开巧热社冶金生产难度高，对 于船板产品一般规格(6~30) X (1400~3250) X (4000~12000)mm，加工时更加困难。 目前，制造钢板的方法：（1)采用传统的铸造工艺，用矩形型腔直接铸造大尺寸钢 板。此方法即使制造并非很大幅面规格的高氮奥氏体不诱钢钢板也是不可行的。（2)采用传 统模铸法生产铸锭，然后开巧社制获得钢板。如果铸锭截面尺寸增加，会延迟最终凝固时 间。对于氮过饱和程度高的高氮钢，在烙炼和铸造时发生明显的氮气自释放，导致氮的合金 化损失，或者成分偏差大，甚至无法控制材料的化学成分;氮气自释放强化缩孔发生的程 度，增加中屯、缩孔深度和截面尺寸，在开巧冶金时如果不去除，要么就会W难W融合的重大 面缺陷残留在钢板中。对于在铸造中因为高的儘含量而呈现脆性的高氮钢，随着铸锭截面 尺寸增加，无法通过加强冷却烈度改善铸锭屯、部的冷却和凝固速度，可能发生冷脆的区域 就会扩展，并且难W通过完全退火消除或显著减弱铸造应力，增大开巧、社制难度。（3)采用 连铸连社技术生产钢板。应用高氮奥氏体不诱钢制作连铸钢巧，由于连铸技术复杂，常压 下，探索性工作难度也极大。而且连铸技术生产板巧时，在盛钢桶和中间包中的高氮奥氏体 不诱钢钢水，停留时间长，对于明显发生自释放氮气的高氮钢，难W稳定合金化学成分;连 铸技术的连铸板巧相当于高宽比相当大的钢锭凝固，边运行边凝固.液相穴很长，钢水补缩 不好，易产生中屯、疏松和缩孔，氮气自释放会加剧中屯、疏松和缩孔。对于儘含量很高的高氮 钢，材料自身初性不足，再结合快速凝固柱状晶发达，可能导致较为集中的内裂纹。 因此，为充分发挥高氮奥氏体不诱钢在海洋工程上的应用，急需研究开发一种制 作致密、无缺陷的高氮奥氏体不诱钢钢板的方法。
技术实现思路
为解决上述技术问题，发挥高氮奥氏体不诱钢的高机械性能、优异耐腐蚀性，本发 明提供了一种"两步法"制造大规格高氮奥氏体不诱钢钢板的方法，所述方法由步骤一"离 屯、铸管"和步骤二"冶金平整"两步组成。 其中，步骤一离屯、铸管包括步序:A、离屯、铸造工艺与设备准备，B、配料，C、合金烙 炼，D、离屯、铸造，E、出型，F、清理。所述合金烙炼过程：在常压条件下，调节加热功率，在烙 融、除渣烙炼操作后，获得合金氮含量含0.65 %的高氮奥氏体不诱钢钢水，调溫至诱注溫 度，控制在1480~1590°C范围内；所述离屯、铸造过程:满足诱注溫度条件后，要在180秒内迅 速进入诱注步骤，单件铸管的诱注充填速度大于20kg/s，对单件的诱注一般要在180秒内完 成，并且要求在5分钟内完成所有烙炼金属液的离屯、诱注，采用比一般离屯、铸造钢管更高的 旋转速度，重力系数G选用范围为30~110;所述出型溫度控制在800~1000°C。 步骤二冶金平整包括步序:G、切割，对清理过的离屯、铸造钢管进行检查，对质量合 格的钢管进行切割，切割线沿轴向平直，或者垂直于轴线并平直，之后对切口进行清理，使 切口平直和整洁;H、平整，采用平整机，社漉社制，达到外形精度的平整要求后，检查表面质 量。 作为本专利技术的优选，所述离屯、铸造工艺与设备准备时，对铸型内表面滚挂〇.5-5mm 涂料，诱注时铸型溫度控制在110~300°C。对于厚壁钢管的离屯、铸造(壁厚超过30mm)，为了 降低对模具的热冲击和疲劳，铸型采用水冷金属型。 本专利技术在离屯、铸管时，儘含量高导致在铸造中管壁外层凝固部分导热性差，凝固 中具有较大范围的糊状区，在完全凝固后铸造内应力大，容易在加工中禪合加工应力，导致 裂纹。因此，对于成分中儘含量超过19%的高氮奥氏体不诱钢，铸型采用水冷金属型，加大 冷却速度，增加实际铸造钢管的初性或塑性。 本专利技术在离屯、铸造工艺与设备准备，制作长尺寸钢管(8m或12m规格)时，采用邸式 离屯、机铸造，最好采用托漉式邸式离屯、机铸造;制作窄幅厚壁大直径钢管，即制作环形板巧 时，适合采用立式离屯、铸造机;制作窄幅中等壁厚中下尺度直径的钢管，即制作窄和短的环 形板巧时，适合采用悬臂式离屯、铸造机。 本专利技术对于不同程度的氮过饱和并自释放的高氮奥氏体不诱钢，烙炼控制和诱注 时间有所区别，对于过饱和程度高和自释放强烈的，采用较低的烙炼功率和溫度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种常压冶金两步制造高氮不锈钢钢板的方法，所述方法由步骤一“离心铸管”和步骤二“冶金平整”两步组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王柏树，季长涛，霍晶晶，姚军，陈咨伟，黄岩，张晓宇，崔晓鹏，
申请(专利权)人：长春实越节能材料有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22