СПОСОБ ПЛАВКИ СВЕРХНИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ МАРКИ 13CR Российский патент 2022 года по МПК C21C5/52 C21C7/00 C22C38/18 

Настоящее изобретение относится к способу плавки, в частности к способу плавки для определенного типа стали.

Нержавеющая сталь марки 13Cr для эксплуатационных обсадных колонн, в основном, включает 4 типа мартенситной нержавеющей стали марок L80-13Cr, BG13Cr-110, BG13Cr-95S и BG13Cr-110S. Сталь марки L80-13Cr представляет собой типичное изделие, применяемое в производстве эксплуатационных обсадных колонн, подходящее для использования во влажной углекислотной среде (CO₂), и имеет отличную стойкость к углекислотной коррозии. Сверхнизкоуглеродистая сталь марки 13Cr (в качестве основных типов стали используются BG13Cr-95S и BG13Cr-110S) разработана на базе L80-13Cr и имеет еще более пониженное содержание С, значение которого обычно должно быть меньше или равно 0,03%. Ультранизкоуглеродистая сталь 13Cr включает в себя дополнительно оптимизированный состав сплава и обладает улучшенными комплексными механическими свойствами, а также хорошими антикоррозийными свойствами.

В патенте КНР, «Сталь марки 13Cr с высоким содержанием диоксида углерода и следовых количеств сероводорода, коррозионно-стойкая, для производства эксплуатационных обсадных колонн и способ ее изготовления», CN 101397637, опубл. 01.04.2009, раскрыта сталь марки 13Cr, устойчивая к коррозионному воздействию диоксида углерода и следов сероводорода, предназначенная для производства эксплуатационных обсадных колонн, а также способ ее изготовления. Однако техническое решение, раскрытое в этом патенте, не включает какого-либо конкретного объяснения того, как выплавлять сталь такого типа.

Поскольку согласно этому патенту требуется низкое содержание углерода, данный способ плавки может относиться к способу плавки процессом вакуум-кислородного обезуглероживания стали (VOD) для сверхчистой ферритной нержавеющей стали. Однако тип стали, рассматриваемый в этом патенте, предусматривает гораздо более высокие требования к включениям и содержанию кислорода, чем сверхчистая ферритная нержавеющая сталь, в которой диаметр Ds точечных или, так называемых, глобулярных включений обычно должен быть менее 30 мкм, а содержание кислорода должно быть стабильно меньше или равно 35 ч/млн. Кроме того, для повышения устойчивости к эрозии содержание оксида кальция во включениях в стали этого типа должно быть как можно ниже.

Обычный способ плавки посредством VOD-процесса для сверхчистой ферритной нержавеющей стали заключается в следующем: очистка переведением примесей в шлак проводится перед обработкой методом вакуум-кислородного обезуглероживания, которая начинается при температуре 1580-1600°С, чтобы обеспечить температуру расплавленной стали после кислородной продувки около 1720°С (она не должна быть слишком высокой или слишком низкой). После того, как стальной ковш установлен, поток газообразного аргона должным образом регулируется для поддержания расхода в диапазоне 30-50 нл/мин, при этом целесообразно, чтобы при перемешивании аргоном экспонировалась только поверхность расплавленной стали (которая подвергается воздействию после очистки переведением примесей в шлак). Для контроля количества расплавленной стали, подлежащей обработке методом вакуум-кислородного обезуглероживания, свободное пространство стального ковша поддерживается в диапазоне 1000-1200 мм; общее количество продуваемого кислорода во время VOD-процесса рассчитывается на основе состава после агрегата комплексной обработки стали; после прекращения продувки кислородом требуется дополнительное свободное обезуглероживание методом вакуумно-углеродного раскисления (VCD), которое, как правило, должно длиться более 10 минут. Затем начинается операция восстановления, при которой для восстановления расплавленной стали используются определенные пропорции блоков ферросилиция и алюминия, а определенные количества извести, доломита и флюорита добавляются для регулирования шлака с поддержанием основности, т.е. соотношения содержания СаО/SiO₂, шлака в диапазоне 1,0-3,5 (диапазон значений, характерный для шлака со средней или низкой основностью), причем во время добавления они пропорционально регулируются в соответствии с фактической ситуацией по сталеплавильному шлаку. Стадия восстановления поддерживается в условиях высокого вакуума в течение 10 минут или более для обеспечения деоксигенации и удаления включений. По окончании периода восстановления вакуум нарушается и осуществляется тонкая регулировка состава сплава, при которой для азотсодержащих видов стали должна быть проведена продувка азота или добавление азотсодержащего сплава, чтобы увеличить содержание азота. Наконец, регулируют содержание алюминия, проводят обработку кальцием, слабое перемешивание в течение 15 минут и затем - отливка.

Обычный способ плавки посредством VOD-процесса для сверхчистой ферритной нержавеющей стали, описанный выше, имеет следующие недостатки:

1) технологический маршрут обязательно включает в себя обработку кальцием; в противном случае в процессе производства легко может произойти закупорка стакан-дозатора для непрерывного литья из- за проблем с включениями; кроме того, сложность контроля содержания включений Ds увеличивается после обработки кальцием, причем включения Ds часто превышают 30 мкм, что может привести к крошечным трещинам на поверхности материала, что снижает его эрозионную стойкость; более того, когда содержание кальция во включениях увеличивается после обработки кальцием, эрозионная стойкость материала также может снизиться;

2) в связи с высоким содержанием кислорода в шлаке сложно четко контролировать содержание кислорода в ходе процесса плавки, и содержание кислорода часто составляет более 50 ч/млн, что влияет на чистоту стали.

Ввиду этого ожидается, что предлагаемый способ плавки поможет преодолеть вышеуказанные недостатки традиционных технологий и позволит обеспечить производство сверхнизкоуглеродистой нержавеющей стали марки 13Cr с превосходными характеристиками. Такой способ плавки отличается простотой технологического процесса и возможностью стабильной отливки нержавеющей стали без какой-либо обработки кальцием.

Одной из задач настоящего изобретения является создание способа плавки сверхнизкоуглеродистой нержавеющей стали марки 13Cr. Этот способ должен обеспечивать стабильный контроль содержания включений Ds и кислорода в расплавленной стали и успешную отливку стали без обработки кальцием, что повышает эрозионную стойкость сверхнизкоуглеродистой нержавеющей стали 13Cr во время эксплуатации и продлевает срок ее службы.

Для решения этой задачи способ плавки сверхнизкоуглеродистой нержавеющей стали марки 13Cr, масс. %: С≤0,03 и Cr 12,5-13,5, согласно изобретению, он не предусматривает стадию обработки кальцием, а включает в себя следующие стадии:

(1) очистка расплавленной стали переведением примесей в шлаке последующим вакуум-кислородным обезуглероживанием;

(2) проведение вакуумного обезуглероживания;

(3) проведение вакуумного шлакоудаления и деоксигенации, при которых основность шлака составляет Al₂O₃, а массовое отношение СаО к 1.6-2.4 в шлаке составляет 1,6-2,4;

(4) проведение девакуумирования, при котором подается алюминиевая проволока;

(5) проведение вакуумной обработки;

(6) проведение вторичного девакуумирования.

По сравнению с традиционными процессами плавки, включая плавку сверхчистой ферритной нержавеющей стали, техническое решение по настоящему изобретению предусматривает плавку с высокой основностью шлака и поддержанием массового отношения СаО к Al₂O₃ в шлаке в пределах 1,6-2,4 с тем, чтобы обеспечить лучшие характеристики текучести шлака, а поскольку шлак с высокой основностью имеет низкий кислородный потенциал, повторное науглероживание расплавленной стали проходит без каких-либо затруднений. Следовательно, в техническом решении по настоящему изобретению количество добавляемого Al₂O₃ поддерживается таким, что массовое отношение СаО к Al₂O₃ составляет 1,6-2,4, так что массовая доля алюминия в стали после деоксигенации составляет ≤0,005%, чтобы гарантировать, что содержание кислорода в расплавленной стали по-прежнему достаточное для предотвращения ее повторного науглероживания; кроме того, поскольку массовое процентное содержание углерода в конечной готовой сверхнизкоуглеродистой нержавеющей стали марки 13Cr составляет ≤0,03%, что не является нижним пределом, то есть менее 0,01%, необходимым для сверхчистой ферритной нержавеющей стали, использование шлака с высокой основностью для одновременного контроля массовой доли алюминия в расплавленной стали в рамках способа выплавки, описанного в настоящем изобретении, может гарантировать, что содержание углерода в расплавленной стали не будет превышать нормативные значения даже в случае ее повторного науглероживания. Кроме использования шлаковой системы с высокой основностью (т.е. отношение массы СаО к Al₂O₃ в шлаке поддерживается в диапазоне 1,6-2,4), дополнительно гарантируется текучесть шлака, в то время как способность шлака к деоксигенации и адсорбции включения оксида алюминия также повышаются, что гарантирует надежную основу для последующей дезоксигенации и контроля содержания включений Ds.

В вышеупомянутом решении на стадии (4) измеряется температура и устанавливается состав расплавленной стали, и в соответствии с фактически установленным составом подается алюминиевая проволока, и таким образом на этот раз массовая доля алюминия поддерживается на уровне 0,03-0,06%, а если данный тип стали содержит титан, возможна подача титановой проволоки.

Традиционные способы обработки обычно включают добавление алюминия и железа для увеличения содержания алюминия на стадии (3) согласно настоящему изобретению; однако из-за медленной плавки алюминия и железа дезоксигенирование легко может привести к образованию большего количества включений; тем не менее, в отличие от традиционных процессов, в техническом решении по настоящему изобретению после нарушения вакуума на этапе (4) в расплавленную сталь подается алюминиевая проволока для деоксигенации, что может привести к агрегированию легко удаляемых включений Ds в условиях более высокого содержания кислорода в расплавленной стали. Кроме того, измерение температуры и состава расплавленной стали на стадии (4) дает точную информацию о том, как действовать на следующем этапе. Кроме того, поддержание доли алюминия в диапазоне, масс. %: 0,03-0,06, является не только требованием для производства данного типа стали, но также направлено на повышение скорости приема титана во время процесса подачи титановой проволоки для получения титансодержащей стали.

В техническом решении настоящего изобретения стадия застывания (5), то есть вакуумная обработка, после стадии (4) является основным изобретательским уровнем настоящего изобретения, поскольку на предшествующем уровне техники непрерывное литье обычно начинается со слабого перемешивания после подачи алюминиевой проволоки, тогда как настоящее изобретение требует продолжения вакуумной обработки, поскольку авторы настоящего изобретения обнаружили, что условия вакуума приводят к большей силе перемешивания расплавленной стали, а большая сила перемешивания может дополнительно способствовать росту скоплений включений в расплавленной стали по мере того, как они сталкиваются друг с другом, тем самым обеспечивая условия для эффективного удаления включений; также в условиях вакуума, даже если поверхность расплавленной стали подвергается воздействию перемешивания, новые включения, вызванные вторичным окислением, не образуются. Кроме того, вакуумная обработка может привести к образованию некоторых включений, содержащих небольшое количество кальция; однако содержание кальция во включениях по настоящему изобретению намного ниже, чем при обработке кальцием в рамках традиционных методов, и обычно составляет менее 20 масс. %. Эти включения безвредны для нержавеющей стали марки 13Cr для эксплуатационных обсадных колонн; однако содержание кальция во включениях после обработки кальцием в рамках традиционных процессов часто составляет более 30%, что не только приводит к легкому образованию крупных глобулярных включений Ds, но также оказывает неблагоприятное воздействие на эрозионную стойкость материала.

В техническом решении согласно настоящему изобретению дезоксигенация предназначена для подачи алюминиевой проволоки в условиях высокого содержания кислорода, чтобы получить агрегированные включения Ds, а последующая вакуумная обработка дополнительно способствует их столкновению и росту, тем самым обеспечивая эффективное устранение таких включений и реализации плавного литья конечного продукта - расплавленной стали. Кроме того, благодаря эффективному удалению включений, массовое процентное содержание кислорода в расплавленной стали уменьшается, включения Ds можно контролировать без какой-либо обработки кальцием в рамках последующей процедуры.

Кроме того, на стадии (1) способа плавки по настоящему изобретению начальная температура расплавленной стали составляет 1600-1650°С, а степень вакуумирования во время вакуум-кислородного обезуглероживания составляет <100 Па.

Кроме того, на стадии (2) способа плавки по настоящему изобретению сначала проводят обезуглероживающую обработку с кислородной продувкой, при которой количество продуваемого кислорода поддерживается в диапазоне 4-6,5 Нм³/т; затем проводят свободную обезуглероживающую обработку в условиях высокого вакуума, при которой давление высокого вакуума составляет <500 Па; при этом время обработки посредством вакуумного обезуглероживания составляет 10-20 минут, и после завершения обработки температура расплавленной стали составляет 1650-1680°С.

Кроме того, на стадии (3) способа плавки по настоящему изобретению известь, композитные шлакообразные шарики, алюминиевые блоки и ферросилиций используют для шлакования и деоксигенации, при которых давление вакуума поддерживают на уровне до <2000 Па, а время обработки составляет 10-15 мин.

В вышеупомянутом решении основная цель добавления композитных шлаковых шариков состоит в том, чтобы заранее сформировать ванну с жидким шлаком, чтобы облегчить растворение извести, и состав композитных шлаковых шариков поддерживается главным образом таким, чтобы обеспечить легкость плавки элементов с низкой температурой плавки, а также включает небольшое количество MgO, чтобы удовлетворить требования к содержанию MgO в конечном шлаке. Добавляемое количество композитных шлаковых шариков составляет 20-40% от веса извести, главным образом, за счет облегчения шлакования под воздействием извести, а известь может добавляться партиями, чтобы избежать трудностей в процессе шлакования. Алюминий и ферросилиций выявляют по излишкам кислорода, остающимся в стали после деоксигенации и обезуглероживания, что делается с целью гарантировать величину массовой доли Cr₂O₃ в шлаке после завершения деоксигенации и шлакования менее 1%. Это основное требование для деоксигенации шлака.

Кроме того, на стадии (3) способа плавки по настоящему изобретению в состав композитных шлаковых шариков входят следующие компоненты, масс. %: A1₂O₃ 30-40, СаО 40-50, SiO2 5-20 и MgO 6-12.

На стадии (3), определяют значения массовых долей компонентов композитных шлаковых шариков. В дополнение ко всестороннему рассмотрению взаимного влияния этих компонентов, основной целью контроля массовой доли MgO является предотвращение эрозии огнеупорного материала. Поскольку огнеупорный материал согласно настоящему изобретению представляет собой низкоуглеродистый огнеупорный материал, шлак имеет определенную степень проникновения в него. Однако когда MgO добавляют к шлаку, его массовая доля увеличивается. А что касается шлака с высокой основностью, то эрозия футеровки печи уменьшается.

Кроме того, на стадии (3) способа плавки по настоящему изобретению количество добавляемых композитных шлаковых шариков составляет 20-40% от количества извести.

Кроме того, на стадии (5) способа плавки по настоящему изобретению давление вакуума составляет <2000 Па, время обработки составляет 10-20 минут, а температура расплавленной стали после завершения обработки - 1560-1580°С.

Кроме того, на стадиях (1), (2), (3) и (5) способа плавки по настоящему изобретению скорость потока газообразного аргона для перемешивания в ходе донной продувки поддерживается в диапазоне 200-1000 нл/мин.

Кроме того, в рамках способа плавки по настоящему изобретению канал донной продувки, используемый в ковше, выполнен с возможностью иметь отверстия, причем каждый канал донной продувки расположен на расстоянии, которое составляет 1/2-1/3 радиуса нижней поверхности ковша от центра ковша, а угол конуса между линиями, соединяющими каждое из двух отверстий для донной продувки с центром ковша, составляет 120-150°.

В вышеупомянутом решении положение фурмы ковша для подачи кислорода через днище определяется так, как указано выше, чтобы обеспечить соединение поля течения донной продувки с полем течения, образованным в ходе обезуглероживающей обработки с кислородной продувкой, чтобы повысить эффективность обезуглероживания.

Кроме того, в способе плавки по настоящему изобретению сверхнизкоуглеродистая нержавеющая сталь марки 13Cr содержит Ti, и стадия (4) дополнительно включает подачу в нее титановой проволоки.

Следует отметить, что в техническом решении согласно настоящему изобретению может быть использован магний-углеродный огнеупорный материал с низким содержанием углерода в форме кирпичей, в котором массовая доля углерода поддерживается на уровне ≤5%. Целью такой регулировки является предотвращение серьезной повторной цементации во время вакуумной обработки. Поскольку в настоящем изобретении используется шлак с высокой основностью, вышеупомянутый огнеупорный материал эффективно предотвращает серьезную эрозию шлаковой линии во время применения.

Соответственно, другой целью настоящего изобретения является создание сверхнизкоуглеродистой нержавеющей стали марки 13Cr, которая выплавляется с помощью вышеупомянутого способа плавки.

При использовании способа плавки сверхнизкоуглеродистой нержавеющей стали марки 13Cr согласно настоящему изобретению может быть реализована стабильная отливка расплавленной стали в условиях плавки без какой-либо обработки кальцием, благодаря чему обеспечивается стабильный контроль содержания включений Ds и кислорода в расплавленной стали; кроме того, применение данного способа плавки повышает эрозионную стойкость сверхнизкоуглеродистой нержавеющей стали марки 13Cr во время использования и продлевает срок ее службы.

Кроме того, содержание включений Ds в сверхнизкоуглеродистой нержавеющей стали марки 13Cr, полученной в соответствии с настоящим изобретением, стабильно поддерживается на уровне не более 30 мкм, а общее содержание кислорода - не более 30 ч/млн.

Способ плавки сверхнизкоуглеродистой нержавеющей стали марки 13Cr по настоящему изобретению дополнительно поясняется и описывается ниже с конкретными примерами. Однако пояснение и описание не направлены на чрезмерное ограничение технического решения настоящего изобретения.

Примеры 1-6

Тип стали, полученной в примерах 1 и 4, представляет собой BG13Cr-110S, тип стали, полученной в примерах 2, 3, 5 и 6, представляет собой BG13Cr-95S, где BG13Cr-95S означает титансодержащий тип стали. В таблице 1 приведен исходный состав расплавленной стали в каждом примере.

Исходный состав расплавленной стали, масс. %: (Fe и другие неизбежные примеси - остальное)

Пример 1

В этом примере требования к устройству для очистки в ходе вакуум-кислородного обезуглероживания следующие: устройство способно обрабатывать 150 тонн расплавленной стали, степень вакуумирования для плавки с VOD-процессом составляет <100 Па, а огнеупорный материал ковша представляет собой низкоуглеродистый магниево-углеродный кирпич с содержанием углерода 4%. Тип выплавляемой стали - BG13Cr-110S, а количество расплавленной стали - 149000 кг. Конкретные стадии процесса перечислены ниже:

1) расплавленную сталь подвергают очистке путем переведения примесей в шлак и затем плавке с VOD-процессом, при этом первоначальный состав расплавленной стали следующий, масс. %: С 0,07, Si 0,17, Cr 12,7, Мо 1,2, Mn 0,36, Р 0,010, Al 0,001, а остаток представляет собой Fe и следовые примесные элементы, при этом начальная температура составляет 1620°С;

2) проводят обезуглероживание в вакууме, при котором сначала проводят обезуглероживающую обработку с кислородной продувкой, при которой количество продуваемого кислорода поддерживается на уровне 650 Нм³; затем проводят свободную обезуглероживающую обработку в условиях высокого вакуума, при которой давление высокого вакуума составляет менее 500 Па, а время обработки посредством вакуумного обезуглероживания составляет 13 минут и после завершения обработки температура расплавленной стали составляет 1670°С, а содержание углерода составляет 0,0086%;

3) добавляют 2 т извести, 600 кг композитных шлаковых шариков, 600 кг алюминиевых блоков и 200 кг ферросилиция, содержащего 75% кремния, в условиях вакуума, причем состав композитных шлаковых шариков следующий, масс. %: Al₂O₃ 30, СаО 50, SiO₂ 10, MgO и оставшиеся примесные компоненты 7; после завершения шлакования состав шлака следующий, масс. %: СаО 53, SiO2 7,4, Al₂O₃ 31, MgO 8 и Cr₂O₃ 0,5, притом, что основность шлака составляет 7,2, массовое отношение СаО к Al₂O₃ в шлаке составляет 1,7; общее время обработки составляет 12 минут, и после завершения обработки измеряют содержание углерода и алюминия в стали с целью подтверждения, что их значения составляют 0,012% и 0,004% соответственно;

4) проводят девакуумирование, при котором измеряют температуру расплавленной стали с целью подтверждения того, что она находится на уровне 1620°С, отбирают образец для анализа состава расплавленной стали и подают 50 кг алюминиевой проволоки (с помощью механизма подачи проволоки);

5) продолжают вакуумную обработку с давлением вакуума менее 2000 Па, используют 20 кг микроуглеродистого феррохрома в соответствии с измеренным составом образца, после чего проводят высоковакуумную обработку, при которой давление вакуума составляет менее 200 Па, а время обработки составляет 10 мин; и

6) проводят вторичное девакуумирование, при котором температура по окончании обработки составляет 1570°С, затем отбирают образец для анализа, и, если анализ показывает, что состав подходящий, проводят слабое перемешивание в течение 15 минут с последующей разливкой на разливочную площадку.

В этом примере скорость потока для донного перемешивания поддерживается на уровне 800 Нл/мин, а при вакууме ниже 500 Па скорость потока донного перемешивания снижается до 400800 Нл/мин. Донная продувка осуществляется с помощью двойных отверстий, при этом расстояние между каждым отверстием для донной продувки и центром составляет 1/2 радиуса нижней поверхности ковша, а угол конуса между линиями, соединяющими каждое из двух отверстий для донной продувки с центральной точкой, составляет 140°.

Пример 2

В этом примере требования к устройству для очистки в ходе вакуум-кислородного обезуглероживания следующие: устройство способно обрабатывать 150 тонн расплавленной стали, степень вакуумирования для плавки с VOD-процессом составляет <100 Па, а огнеупорный материал ковша представляет собой низкоуглеродистый магниево-углеродный кирпич с содержанием углерода 4%. Тип выплавляемой стали - BG13Cr-95S, а количество расплавленной стали - 150000 кг. Стадии процесса перечислены ниже:

1) расплавленную сталь подвергают очистке путем переведения примесей в шлак и затем плавке с VOD-процессом, при этом первоначальный состав расплавленной стали следующий, масс. %: С 0,09, Si 0,23, Cr 12,7, Мо 1,88, Mn 0,4, Р 0,0105, Al 0,001, а остаток представляет собой Fe и следовые примесные элементы, при этом начальная температура составляет 1600°С;

2) проводят обезуглероживание в вакууме, при котором сначала проводят обезуглероживающую обработку с кислородной продувкой, при которой общее количество продуваемого кислорода поддерживается на уровне 750 Нм³; затем проводят свободную обезуглероживающую обработку в условиях высокого вакуума, при которой давление высокого вакуума составляет менее 500 Па, а время обработки посредством вакуумного обезуглероживания составляет 15 минут, и после завершения обработки температура расплавленной стали составляет 1680°С, а содержание углерода составляет 0,0074%;

3) добавляют 2.4 т извести, 500 кг композитных шлаковых шариков, 600 кг алюминиевых блоков и 174 кг ферросилиция, содержащего 75% кремния, в условиях вакуума, причем состав композитных шлаковых шариков следующий, масс. %: Al₂O₃ 30, СаО 40, SiO₂ 20, MgO 7 и оставшиеся примесные компоненты 3; после завершения шлакования состав шлака следующий, масс. %: СаО 56, SiO₂ 7,0, A1₂O₃ 29, MgO 6 и Cr₂O₃ 0,7, притом, что основность шлака составляет 8, массовое отношение СаО к Al₂O₃ в шлаке составляет 2; общее время обработки составляет 15 минут, и после завершения обработки измеряется содержание углерода и алюминия в стали с целью подтверждения, что их значения составляют 0,010% и 0,0046% соответственно;

4) проводят девакуумирование, при котором измеряется температура расплавленной стали с целью подтверждения того, что она находится на уровне 1635°С, отбирают образец для анализа состава расплавленной стали и подают 50 кг алюминиевой проволоки, а затем - 240 кг титановой проволоки (с помощью механизма подачи проволоки);

5) продолжают вакуумную обработку при давлении вакуума менее 2000 Па, используют 5 кг микроуглеродистого феррохрома в соответствии с измеренным составом образца, после чего проводят высоковакуумную обработку, при которой давление вакуума составляет менее 200 Па, а время обработки составляет 15 мин; и

6) проводят вторичное девакуумирование, при котором температура по окончании обработки составляет 1565°С, затем отбирают образец для анализа, и, если анализ показывает, что состав подходящий, проводят слабое перемешивание в течение 12 минут с последующей разливкой на разливочную площадку.

В этом примере скорость потока для донного перемешивания поддерживается на уровне 600 Нл/мин, а при вакууме ниже 500 Па скорость потока донного перемешивания снижается до 300 Нл/мин. Донная продувка осуществляется с помощью двойных отверстий, при этом расстояние между каждым отверстием для донной продувки и центром составляет 1/3 радиуса нижней поверхности ковша, а угол конуса между линиями, соединяющими каждое из двух отверстий для донной продувки с центральной точкой, составляет 120°.

Пример 3

В этом примере требования к устройству для очистки в ходе вакуум-кислородного обезуглероживания следующие: устройство способно обрабатывать 150 тонн расплавленной стали, степень вакуумирования для плавки с VOD-процессом составляет <100 Па, а огнеупорный материал ковша представляет собой низкоуглеродистый магниево-углеродный кирпич с содержанием углерода 4%. Тип выплавляемой стали- BG13Cr-95S, а количество расплавленной стали - 150000 кг. Стадии процесса перечислены ниже:

1) расплавленную сталь подвергают очистке путем переведения примесей в шлак и затем плавке с VOD-процессом, при этом первоначальный состав расплавленной стали следующий: С 0,03, Si 0,28, Cr 12,9, Мо 1,9, Mn 0,3, Р 0,009, Al 0,001, остаток представляет собой Fe и следовые примесные элементы, а начальная температура составляет 1630°С;

2) проводят обезуглероживание в вакууме, при котором сначала проводят обезуглероживающую обработку с кислородной продувкой, при которой общее количество продуваемого кислорода поддерживается на уровне 600 Нм³; затем проводят свободную обезуглероживающую обработку в условиях высокого вакуума, при которой давление высокого вакуума составляет менее 500 Па, а время обработки посредством вакуумного обезуглероживания составляет 20 минут и после завершения обработки температура расплавленной стали составляет 1650°С, а содержание углерода составляет 0,0069%;

3) добавляют 1.8 т извести, 500 кг композитных шлаковых шариков, 630 кг алюминиевых блоков и 72 кг ферросилиция, содержащего 75% кремния, в условиях вакуума, причем состав композитных шлаковых шариков следующий, масс. %: Al₂O₃ 40, СаО 50, SiO₂ 5, MgO 4 и оставшиеся примесные компоненты 1; после завершения шлакования состав шлака следующий, масс. %: СаО 58, SiO₂ 11,5, Al₂O₃ 26, MgO 6 и Cr₂O₃ 0,3, притом, что основность шлака составляет 5, массовое отношение СаО к Al₂O₃ в шлаке составляет 2,2; общее время обработки составляет 10 минут и после завершения обработки измеряется содержание углерода и алюминия в стали с целью подтверждения, что их значения составляют 0,009% и 0,005% соответственно;

4) проводят девакуумирование, при котором измеряется температура расплавленной стали с целью подтверждения того, что она находится на уровне 1615°С, отбирается образец для анализа состава расплавленной стали и подается 55 кг алюминиевой проволоки, а затем -220 кг титановой проволоки (с помощью механизма подачи проволоки);

5) продолжают вакуумную обработку с давлением вакуума менее 2000 Па, при которой не требуется добавлять какой-либо сплав в соответствии с измеренным составом образца, после чего проводят высоковакуумную обработку, при которой давление вакуума составляет менее 200 Па, а время обработки составляет 6 мин; и

6) проводят вторичное девакуумирование, при котором температура по окончании обработки составляет 1580°С, затем отбирают образец для анализа, и, если анализ показывает, что состав подходящий, затем проводят слабое перемешивание в течение 20 минут с последующей разливкой на разливочную площадку.

В этом примере скорость потока для донного перемешивания поддерживается на уровне 1000 Нл/мин, а при вакууме ниже 500 Па скорость потока донного перемешивания снижается до 500 Нл/мин. Донная продувка осуществляется с помощью двойных отверстий, при этом расстояние между каждым отверстием для донной продувки и центром составляет 5/12 радиуса нижней поверхности ковша, а угол конуса между линиями, соединяющими каждое из двух отверстий для донной продувки с центральной точкой, составляет 120°.

Пример 4

В этом примере требования к устройству для очистки в ходе вакуум-кислородного обезуглероживания следующие: устройство способно обрабатывать 150 тонн расплавленной стали, степень вакуумирования для плавки с VOD-процессом составляет <100 Па, а огнеупорный материал ковша представляет собой низкоуглеродистый магниево-углеродный кирпич с содержанием углерода 5%. Тип выплавляемой стали- BG13Cr-110S, а количество расплавленной стали - 151000 кг. Конкретные стадии процесса перечислены ниже:

1) расплавленную сталь подвергают очистке путем переведения примесей в шлак и затем плавке с VOD-процессом, при этом первоначальный состав расплавленной стали следующий, масс. %: Si 0,22, Cr 12,8, Мо 1,2, Mn 0,4, Р 0,015, Al 0,001, а остаток представляет собой Fe и следовые примесные элементы, начальная температура составляет 1610°С;

2) проводят обезуглероживание в вакууме, при котором сначала проводят обезуглероживающую обработку с кислородной продувкой, при которой общее количество продуваемого кислорода поддерживается на уровне 680 Нм³; затем проводят свободную обезуглероживающую обработку в условиях высокого вакуума, при которой давление высокого вакуума составляет менее 500 Па, а время обработки посредством вакуумного обезуглероживания составляет 15 минут и после завершения обработки температура расплавленной стали составляет 1675°С, а содержание углерода составляет 0,0077%;

3) добавляют 2.1 т извести, 620 кг композитных шлаковых шариков, 600 кг алюминиевых блоков и 210 кг ферросилиция, содержащего 75% кремния, в условиях вакуума, причем состав композитных шлаковых шариков следующий, масс. %: Al₂O₃ 35, СаО 50, SiO₂ 5, MgO 7 и оставшиеся примесные компоненты 3; после завершения шлакования состав шлака следующий, масс. %: СаО 53, SiO₂ 6,4, Al₂O₃ 30, MgO 8 и Cr₂O₃ 0,5, притом, что основность шлака составляет 8,2, массовое отношение СаО к Al₂O₃ в шлаке составляет 1.77; общее время обработки составляет 12 минут и после завершения обработки измеряется содержание углерода и алюминия в стали с целью подтверждения, что их значения составляют 0,010% и 0,005% соответственно;

4) проводят девакуумирование, при котором измеряется температура расплавленной стали с целью подтверждения того, что она находится на уровне 1625°С, отбирается образец для анализа состава расплавленной стали и подается 55 кг алюминиевой проволоки (с помощью механизма подачи проволоки);

5) продолжают вакуумную обработку с давлением вакуума менее 2000 Па, используют 10 кг микроуглеродистого феррохрома в соответствии с измеренным составом образца, после чего проводят высоковакуумную обработку, при которой давление вакуума составляет менее 200 Па, а время обработки составляет 12 мин; и

6) проводят вторичное девакуумирование, при котором температура по окончании обработки составляет 1575°С, затем отбирают образец для анализа, и, если анализ показывает, что состав подходящий, затем проводят слабое перемешивание в течение 17 минут с последующей разливкой на разливочную площадку.

В этом примере скорость потока для донного перемешивания поддерживается на уровне 800 Нл/мин, а при вакууме ниже 500 Па скорость потока донного перемешивания снижается до 400800 Нл/мин. Донная продувка осуществляется с помощью двойных отверстий, при этом расстояние между каждым отверстием для донной продувки и центром составляет 1/2 радиуса нижней поверхности ковша, а угол конуса между линиями, соединяющими каждое из двух отверстий для донной продувки с центральной точкой, составляет 150°.

Пример 5

В этом примере требования к устройству для очистки в ходе вакуум-кислородного обезуглероживания следующие: устройство может обрабатывать 150 тонн расплавленной стали, степень вакуумирования для плавки с VOD-процессом составляет <100 Па, а огнеупорный материал ковша представляет собой низкоуглеродистый магниево-углеродный кирпич с содержанием углерода 5%. Тип выплавляемой стали - BG13Cr-95S, а количество расплавленной стали - 150000 кг. Стадии процесса перечислены ниже:

1) расплавленную сталь подвергают очистке путем переведения примесей в шлак и затем плавке с VOD-процессом, при этом первоначальный состав расплавленной стали следующий, масс. %: С 0,05, Si 0,23, Cr 12,8, Мо 1,85, Mn 0,45, Р 0,0115, Al 0,001, а остаток представляет собой Fe и следовые примесные элементы, начальная температура составляет 1630°С;

2) проводят обезуглероживание в вакууме, при котором сначала проводят обезуглероживающую обработку с кислородной продувкой, при которой общее количество продуваемого кислорода поддерживается на уровне 550 Нм³; затем проводят свободную обезуглероживающую обработку в условиях высокого вакуума, при которой давление высокого вакуума составляет менее 500 Па, а время обработки посредством вакуумного обезуглероживания составляет 15 минут и после завершения обработки температура расплавленной стали составляет 1670°С, а содержание углерода составляет 0,0079%;

3) добавляют 2.0 т извести, 460 кг композитных шлаковых шариков, 500 кг алюминиевых блоков и 184 кг ферросилиция, содержащего 75% кремния, в условиях вакуума, причем состав композитных шлаковых шариков следующий, масс. %: Al₂O₃ 30, СаО 45, SiO₂ 15, MgO 7 и оставшиеся примесные компоненты 3; после завершения шлакования состав шлака следующий, масс. %: СаО 55, SiO₂ 8,0, Al₂O₃ 28, MgO 7 и Cr₂O₃ 0,7, притом, что основность шлака составляет 6,9, массовое отношение СаО к Al₂O₃ в шлаке составляет 2; общее время обработки составляет 14 минут и после завершения обработки измеряется содержание углерода и алюминия в стали с целью подтверждения, что их значения составляют 0,009% и 0,0032% соответственно;

4) проводят девакуумирование, при котором измеряется температура расплавленной стали с целью подтверждения того, что она находится на уровне 1630°С, отбирается образец для анализа состава расплавленной стали и подается 45 кг алюминиевой проволоки, а затем -250 кг титановой проволоки (с помощью механизма подачи проволоки);

5) продолжают вакуумную обработку с давлением вакуума менее 2000 Па, подают 15 кг микроуглеродистого феррохрома в соответствии с измеренным составом образца, после чего проводят высоковакуумную обработку, при которой давление вакуума составляет менее 200 Па, а время обработки составляет 15 мин; и

6) проводят вторичное девакуумирование, при котором температура по окончании обработки составляет 1563°С, затем отбирают образец для анализа, и, если анализ показывает, что состав подходящий, проводят слабое перемешивание в течение 15 минут с последующей разливкой на разливочную площадку.

В этом примере скорость потока для донного перемешивания поддерживается на уровне 600 Нл/мин, а при вакууме ниже 500 Па скорость потока донного перемешивания снижается до 300 Нл/мин. Донная продувка осуществляется с помощью двойных отверстий, при этом расстояние между каждым отверстием для донной продувки и центром составляет 1/3 радиуса нижней поверхности ковша, а угол конуса между линиями, соединяющими каждое из двух отверстий для донной продувки с центральной точкой, составляет 135°.

Пример 6

В этом примере требования к устройству для очистки в ходе вакуум-кислородного обезуглероживания следующие: устройство может обрабатывать 150 тонн расплавленной стали, степень вакуумирования для плавки с VOD-процессом составляет <100 Па, а огнеупорный материал ковша представляет собой низкоуглеродистый магниево-углеродный кирпич с содержанием углерода 4.5%. Тип выплавляемой стали - BG13Cr-95S, а количество расплавленной стали - 150000 кг. Стадии процесса перечислены ниже:

1) расплавленную сталь подвергают очистке путем переведения примесей в шлак и затем плавке с VOD-процессом, при этом первоначальный состав расплавленной стали следующий, масс. %: С 0,04, Si 0,20, Cr 12,76, Мо 1,87, Mn 0,35, Р 0,008, Al 0,001, а остаток представляет собой Fe и следовые примесные элементы, а начальная температура составляет 1630°С;

2) проводят обезуглероживание в вакууме, при котором сначала проводят обезуглероживающую обработку с кислородной продувкой, при которой общее количество продуваемого кислорода поддерживается на уровне 570 Нм³; затем проводят свободную обезуглероживающую обработку в условиях высокого вакуума, при которой давление высокого вакуума составляет менее 500 Па, а время обработки посредством вакуумного обезуглероживания составляет 18 минут и после завершения обработки температура расплавленной стали составляет 1660°С, а содержание углерода составляет 0,0059%;

3) добавляют 1.9 т извести, 490 кг композитных шлаковых шариков, 530 кг алюминиевых блоков и 90 кг ферросилиция, содержащего 75% кремния, в условиях вакуума, причем состав композитных шлаковых шариков следующий, масс. %: Al₂O₃ 40, СаО 50, SiO₂ 5, MgO 4 и оставшиеся примесные компоненты 1; после завершения шлакования состав шлака следующий, масс. %: СаО 56, SiO₂ 9,5, Al₂O₃ 26, MgO 10 и Cr₂O₃ 0,3, притом, что основность шлака составляет 5,9, массовое отношение СаО к Al₂O₃ в шлаке составляет 2,1; общее время обработки составляет 12 минут и после завершения обработки измеряется содержание углерода и алюминия в стали с целью подтверждения, что их значения составляют 0,008% и 0,004% соответственно;

4) проводят девакуумирование, при котором измеряется температура расплавленной стали с целью подтверждения того, что она находится на уровне 1625°С, отбирается образец для анализа состава расплавленной стали и подается 50 кг алюминиевой проволоки, а затем -210 кг титановой проволоки (с помощью механизма подачи проволоки);

5) продолжают вакуумную обработку с давлением вакуума менее 2000 Па, при которой не требуется добавлять какой-либо сплав в соответствии с измеренным составом образца, после чего проводят высоковакуумную обработку, при которой давление вакуума составляет менее 200 Па, а время обработки составляет 7 мин; и

6) проводят вторичное девакуумирование, при котором температура по окончании обработки составляет 1570°С, затем отбирают образец для анализа, и, если анализ показывает, что состав подходящий, затем проводят слабое перемешивание в течение 20 минут с последующей разливкой на разливочную площадку.

В этом примере скорость потока для донного перемешивания поддерживается на уровне 1000 Нл/мин, а при вакууме ниже 500 Па скорость потока донного перемешивания снижается до 400 Нл/мин. Донная продувка осуществляется с помощью двойных отверстий, при этом расстояние между каждым отверстием для донной продувки и центром составляет 5/12 радиуса нижней поверхности ковша, а угол конуса между линиями, соединяющими каждое из двух отверстий для донной продувки с центральной точкой, составляет 120°.

В таблице 2 приведены результаты анализа обнаруженных включений для каждого примера.

Результаты анализа обнаруженных включений

Следует отметить, что часть предшествующего уровня техники в объеме правовой охраны настоящего изобретения не ограничивается вариантами осуществления, приведенными в документе заявки, и весь уровень техники, который не противоречит решению настоящего изобретения, включая, без ограничения, более ранние патентные документы и публикации, ранее опубликованные описания применения и т.д., может быть включен в объем правовой охраны настоящего изобретения.

Кроме того, способ сочетания технических признаков настоящего изобретения не ограничен способами сочетания, описанными в формуле настоящего изобретения, или способами сочетания, описанными в конкретных вариантах осуществления, и все технические признаки, раскрытые в настоящем изобретении, могут свободно объединяться и сочетаться любым способом, если между ними нет противоречий.

Также следует отметить, что выше перечислены лишь конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, и очевидно, что настоящее изобретение не ограничивается приведенными выше примерами, и, соответственно, может иметь множество подобных изменений. Все варианты, которые могут быть получены непосредственно на основании сведений, раскрытых в настоящем изобретении (или в связи с ними) специалистом, сведущим в данной области техники, должны входить в объем правовой охраны настоящего изобретения.

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству сверхнизкоуглеродистой нержавеющей стали марки 13Cr, содержащей, мас.%: С≤0,03 и Cr 12,5-13,5. Способ включают очистку расплавленной стали путем переведения примесей в шлак с последующим вакуум-кислородным обезуглероживанием, проведение вакуумного обезуглероживания, проведение вакуумного шлакоудаления и деоксигенации, при которых основность шлака составляет 5-10, а массовое отношение СаО к Al₂O₃ в шлаке составляет 1,6-2,4, проведение девакуумирования, при котором подают алюминиевую проволоку, проведение вакуумной обработки и вторичного девакуумирования. Изобретение позволяет осуществлять стабильный контроль включений Ds и содержания кислорода в расплавленной стали и получать стальные отливки без этапа обработки кальцием. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 пр., 2 табл.

1. Способ плавки сверхнизкоуглеродистой нержавеющей стали марки 13Cr, мас. %: С≤0,03 и Cr 12,5-13,5, отличающийся тем, что он включает в себя следующие стадии:

(1) очистка расплавленной стали переведением примесей в шлак последующим вакуум-кислородным обезуглероживанием;

(2) проведение вакуумного обезуглероживания;

(3) проведение вакуумного шлакоудаления и деоксигенации, при которых основность шлака составляет 5-10, а массовое отношение СаО к Al₂O₃ в шлаке составляет 1,6-2,4;

(4) проведение девакуумирования, при котором подается алюминиевая проволока;

(5) проведение вакуумной обработки и

(6) проведение вторичного девакуумирования.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (1) начальная температура расплавленной стали составляет 1600-1650°C, а степень вакуумирования во время вакуум-кислородного обезуглероживания составляет <100 Па.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (2) сначала проводят обезуглероживающую обработку с кислородной продувкой, при которой количество продуваемого кислорода поддерживают в диапазоне 4-6,5 Нм³/т; затем проводят свободную обезуглероживающую обработку в условиях вакуума, при которой давление вакуума составляет <500 Па; при этом время обработки посредством вакуумного обезуглероживания составляет 10-20 минут, и после завершения обработки температура расплавленной стали составляет 1650-1680°C.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (3) известь, композитные шлаковые шарики, алюминиевые блоки и ферросилиций используют для шлакования и деоксигенации, при которых давление вакуума поддерживают на уровне <2000 Па, а время обработки составляет 10-15 мин.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что на стадии (3) композитные шлаковые шарики состоят из следующих компонентов, мас. %: Al₂O₃ 30-40, СаО 40-50, SiO₂ 5-20 и MgO 6-12.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (3) количество добавляемых композитных шлаковых шариков составляет 20-40% от количества извести.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (5) давление вакуума составляет <2000 Па, время обработки составляет 5-15 минут, а температура расплавленной стали после завершения обработки составляет 1560-1580°C.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадиях (1), (2), (3) и (5) скорость потока газообразного аргона для перемешивания в ходе донной продувки поддерживают в диапазоне 200-1000 нл/мин.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что канал донной продувки, используемый в ковше, выполнен с возможностью наличия отверстий, причем каждый канал донной продувки расположен на расстоянии, которое составляет 1/2-1/3 радиуса нижней поверхности ковша от центра ковша, а угол конуса между линиями, соединяющими каждое из двух отверстий для донной продувки с центром ковша, составляет 120-150°.

10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что нержавеющая сталь марки 13Cr со сверхнизким содержанием углерода содержит элемент Ti, а стадия (4) дополнительно включает подачу в нее титановой проволоки.

11. Сверхнизкоуглеродистая нержавеющая сталь марки 13Cr, выплавляемая с использованием способа плавки по любому из пп. 1-10.