一种改善超级奥氏体不锈钢凝固组织的方法技术

本发明专利技术提供了一种改善超级奥氏体不锈钢凝固组织的方法，属于合金材料技术领域。本发明专利技术在硼稀土合金化的过程中利用稀土元素并严格控制其用量将钢液中的夹杂物转变为细小且能在钢液中稳定存在的稀土夹杂；采用大流量二次底吹氮气并控制底吹时间的方式充分搅拌钢液，使稀土夹杂尽可能留在钢液中的同时，减少其碰撞聚集长大的时间，使有效形核夹杂物占比控制在30％以上，使得更多细小的稀土夹杂可留在钢液中，其非均质形核作用显著增强，进一步改善凝固组织；分段冷却中先通过大水流量使稀土夹杂诱导奥氏体和σ相的形核进一步促进，后采用小水流量让硼充分在奥氏体和σ相界处偏析，进一步改善凝固组织。进一步改善凝固组织。

【技术实现步骤摘要】
一种改善超级奥氏体不锈钢凝固组织的方法


[0001]本专利技术涉及合金材料
，尤其涉及一种改善超级奥氏体不锈钢凝固组织的方法。

技术介绍

[0002]超级奥氏体不锈钢是一种合金(Cr、Ni、Mo等)含量较高的钢种，具有优异的耐腐蚀性能和良好的综合力学性能，其在烟气脱硫、垃圾焚烧、海水淡化等领域具有广泛的应用前景。然而，超级奥氏体不锈钢中极高的合金含量导致其在凝固过程中元素偏析十分严重(尤其是Mo偏析)，且在富Mo的枝晶间区域会析出大量σ相等硬脆金属间相。严重的偏析与析出会显著降低超级奥氏体不锈钢的组织均匀性和成分均匀性，急剧恶化热加工性能，导致其在热锻或热轧过程中极易开裂。因此，探索改善凝固组织、减轻元素偏析与析出的方法，对于保证超级奥氏体不锈钢的高品质、稳定生产至关重要。
[0003]目前，改善凝固组织的有效手段有粉末冶金和电磁搅拌等。粉末冶金是先将钢液用高压氮气雾化等方法制成粉末，然后将粉末装入包套内，在压力下冷等静压制，继而高温下热等静压致密化成材。这种方法虽然可以制得偏析较小且析出较少的不锈钢材料，但是生产工艺复杂，产量较小，并且难以解决成品中含有气孔的问题。电磁搅拌是利用电磁感应产生的作用力来推动钢液做有规律地运动，通过旋转吹刷凝固前沿的柱状晶和降低凝固前沿钢液的温度，达到改善凝固组织的目的。然而，此方法生产工艺繁琐、生产设备复杂，且成本高昂，制约了其广泛应用。除上述方法外，还可对铸锭进行高温均质化方法改善热加工前的铸态组织。然而，超级奥氏体不锈钢高温均质化所需的温度较高(1240～1280℃)，且保温时间较长(16～24h)，能耗极高。此外，超级奥氏体不锈钢在高温均质化过程中，晶粒会快速长大，且因钼元素挥发剧烈，存在严重的高温氧化问题。
[0004]因此，如何简化超级奥氏体不锈钢的生产工艺且能够改善超级奥氏体不锈钢的组织结构，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种改善超级奥氏体不锈钢凝固组织的方法，本专利技术提供的方法工艺简单，无需进行长时间高温处理，且有效改善了超级奥氏体不锈钢凝固组织，提高了其加工性能。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种改善超级奥氏体不锈钢凝固组织的方法，包括以下步骤：
[0008](1)将合金原料熔炼后得到合金熔体；
[0009](2)对所述步骤(1)得到的合金熔体依次进行氮合金化和脱氧，得到超级奥氏体不锈钢熔体；
[0010]所述氮合金化包括：向所述合金熔体中加入氮化铬和一次底吹氮气；所述一次底吹氮气的压力为二次底吹氮气压力的50％～60％，所述一次底吹氮气的流量为0.06～
0.30Nm3/h；
[0011]所述脱氧使用的脱氧剂为铝；
[0012](3)向所述步骤(2)得到的超级奥氏体不锈钢熔体中加入硼稀土镁合金粉末进行深脱氧和硼稀土合金化，同时进行二次底吹氮气，得到改进超级奥氏体不锈钢熔体；所述二次底吹氮气的压力为0.07～0.12MPa，所述二次底吹氮气的氮气流量为0.12～0.60Nm3/h，所述二次底吹氮气的时间≤3min；
[0013](4)将所述步骤(3)得到的改进超级奥氏体不锈钢熔体依次进行浇铸、一次水冷和二次水冷，得到超级奥氏体不锈钢；所述一次水冷的水流量为800～1200L/min，一次水冷的冷却时间为1～5min；所述二次水冷的水流量为200～400L/min。
[0014]优选地，所述步骤(1)中熔炼的真空度≤4Pa。
[0015]优选地，所述步骤(2)中氮合金化的温度为1510～1530℃，所述步骤(3)中硼稀土合金化温度比步骤(2)中氮合金化温度高10～20℃。
[0016]优选地，所述步骤(2)中铝的用量为0.7～1.2kg/t。
[0017]优选地，按质量百分比计，所述步骤(3)中硼稀土镁合金粉末的成分包括：B：1～8％、Mg：5～20％、RE：15～55％和余量的镍，其中RE为Ce、La和Gd中的一种或几种；所述硼稀土镁合金粉末的粒径≤0.5mm。
[0018]优选地，所述硼稀土镁合金粉末由硼稀土镁合金粉末A和硼稀土镁合金粉末B复配而成；
[0019]按质量百分比计，所述硼稀土镁合金粉末A的成分包括：B：1～4％、Mg：5～15％、RE：20～55％和余量的镍；所述硼稀土镁合金粉末B的成分包括：B：4～8％、Mg：15～20％、RE：15～20％和余量的镍。
[0020]优选地，1t超级奥氏体不锈钢熔体中硼稀土镁合金粉末A和硼稀土镁合金粉末B的加入质量W
A
和W
B
分别如式I和式II所示，所述W
A
和W
B
的单位为t：
[0021]W
A
＝(W
REB
×
W
Mg
‑
W
MgB
×
W
RE
)/(W
MgA
×
W
REB
‑
W
REA
×
W
MgB
)
×
1t 式I
[0022]W
B
＝(W
REA
×
W
Mg
‑
W
MgA
×
W
RE
)/(W
MgB
×
W
REA
‑
W
REB
×
W
MgA
)
×
1t 式II
[0023]所述式I和式II中，W
REA
为硼稀土镁合金粉末A中RE的质量百分比；W
MgA
为硼稀土镁合金粉末A中Mg的质量百分比；W
MgB
为硼稀土镁合金粉末B中Mg的质量百分比；W
REB
为硼稀土镁合金粉末B中RE的质量百分比；W
Mg
为改进超级奥氏体不锈钢熔体中Mg的质量百分比；W
RE
为改进超级奥氏体不锈钢熔体中稀土元素的质量百分比；
[0024]所述式I和式II中W
Mg
按照式III所示的公式计算：
[0025]W
Mg
＝(W
Al1
×
4+W
Al2
)
×
W
O2
/(W
O1
×
10)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式III
[0026]所述式III中，W
Al1
为合金熔体中Al元素的质量百分比；W
Al2
为脱氧使用的铝占超级奥氏体不锈钢熔体的质量百分比；W
O1
为合金熔体中O元素的质量百分比；W
O2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善超级奥氏体不锈钢凝固组织的方法，包括以下步骤：(1)将合金原料熔炼后得到合金熔体；(2)对所述步骤(1)得到的合金熔体依次进行氮合金化和脱氧，得到超级奥氏体不锈钢熔体；所述氮合金化包括：向所述合金熔体中加入氮化铬和一次底吹氮气；所述一次底吹氮气的压力为二次底吹氮气压力的50％～60％，所述一次底吹氮气的流量为0.06～0.30Nm3/h；所述脱氧使用的脱氧剂为铝；(3)向所述步骤(2)得到的超级奥氏体不锈钢熔体中加入硼稀土镁合金粉末进行深脱氧和硼稀土合金化，同时进行二次底吹氮气，得到改进超级奥氏体不锈钢熔体；所述二次底吹氮气的压力为0.07～0.12MPa，所述二次底吹氮气的氮气流量为0.12～0.60Nm3/h，所述二次底吹氮气的时间≤3min；(4)将所述步骤(3)得到的改进超级奥氏体不锈钢熔体依次进行浇铸、一次水冷和二次水冷，得到超级奥氏体不锈钢；所述一次水冷的水流量为800～1200L/min，一次水冷的冷却时间为1～5min；所述二次水冷的水流量为200～400L/min。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中熔炼的真空度≤4Pa。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中氮合金化的温度为1510～1530℃，所述步骤(3)中硼稀土合金化温度比步骤(2)中氮合金化温度高10～20℃。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中铝的用量为0.7～1.2kg/t。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按质量百分比计，所述步骤(3)中硼稀土镁合金粉末的成分包括：B：1～8％、Mg：5～20％、RE：15～55％和余量的镍，其中RE为Ce、La和Gd中的一种或几种；所述硼稀土镁合金粉末的粒径≤0.5mm。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硼稀土镁合金粉末由硼稀土镁合金粉末A和硼稀土镁合金粉末B复配而成；按质量百分比计，所述硼稀土镁合金粉末A的成分包括：B：1～4％、Mg：5～15％、RE：20～55％和余量的镍；所述硼稀土镁合金粉末B的成分包括：B：4～8％、Mg：15～20％、RE：15～20％和余量的镍。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，1t超级奥氏体不锈钢熔体中硼稀土镁合金粉末A和硼稀土镁合金粉末B的加入质量W
A
和W
B
分别如式I和式II所示，所述W
A
和W
B
的单位为t：W
A
＝(W
REB
×
W
Mg
‑
W
MgB
×
W
RE
)/(W
MgA
×
W
REB
‑
W
REA
×
W
MgB
)
×
1t 式IW
B
＝(W
REA
×
W
Mg
‑
W
MgA
×
W
RE
)/(W
MgB
×
W
REA
‑
W
REB
×
W
MgA
)
×
1t 式II所述式I和式II中，W
REA
为硼稀土镁合金粉末A中RE的质量百分比；W
MgA
为硼稀土镁合金粉末A中Mg的质量百分比；W
MgB
为硼稀土镁合金粉末B中Mg的质量百分比；W
REB
为硼稀土镁合金粉末B中RE的质量百分比；W
Mg
为改进超级奥氏体不锈钢熔体中Mg的质量百分比；W
RE
为改进超级奥氏体不锈钢熔体中稀土元素的质量百分比；所述式I和式II中W
Mg
按照式III所...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜周华，张树才，李花兵，禹江涛，冯浩，朱红春，郑立春，钱书文，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：