一種316ln核電用奧氏體不銹鋼的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種316LN核電用奧氏體不銹鋼的制備方法，解決了現(xiàn)有的316LN奧氏體不銹鋼無法滿足核電工業(yè)實際需求的問題，其包括以下步驟：(一)EAF電弧爐粗煉；(二)AOD精煉；(三)澆注；(四)熱加工鍛造；(五)熱處理。本發(fā)明的制備方法工藝步驟簡單，易操作，適合工業(yè)化生產(chǎn)，通過對不銹鋼化學成分的嚴格控制以及對冶煉、鍛造、熱處理工藝的優(yōu)化設(shè)計，有效地控制了碳和氮的平衡，使得到316LN核電用奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的抗晶間腐蝕和力學性能，同時還具有優(yōu)良的耐海洋和工業(yè)大氣侵蝕性能，特別適用于核電工業(yè)中的高壓鍋爐用管及機車構(gòu)件。
【專利說明】-種316LN核電用奧氏體不銹鋼的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬冶煉【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種316LN核電用奧氏體不銹鋼的制 備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 奧氏體不銹鋼由于具有良好的耐蝕性和力學性能，已經(jīng)廣泛用于核裂變反應堆高 溫環(huán)境部件的制備，如堆內(nèi)構(gòu)件、硼注箱、核乏料儲運裝置和核燃料水池等。
[0003] 目前通用的316LN奧氏體不銹鋼是一種常用的核電用鋼，屬于超低碳、高氮含量 鋼種，由于316LN奧氏體不銹鋼在制備過程中碳和氮的平衡控制非常困難，導致目前的 316LN奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕性能和力學性能較差，隨著核電工業(yè)的快速發(fā)展，其性能已 經(jīng)無法滿足實際的生產(chǎn)應用需求，因此急需進一步提高316LN奧氏體不銹鋼的綜合性能以 適應核電工業(yè)的高速發(fā)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種316LN核電用奧氏體不銹鋼的制備方法，該制備方法工 藝步驟簡單，易操作，適合工業(yè)化生產(chǎn)，通過對不銹鋼化學成分的嚴格控制以及對冶煉、鍛 造、熱處理工藝的優(yōu)化設(shè)計，使得到的316LN核電用奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的抗晶間腐蝕 和力學性能，同時還具有優(yōu)良的耐海洋和工業(yè)大氣侵蝕性能，特別適用于核電工業(yè)中的高 壓鍋爐用管及機車構(gòu)件。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] 一種316LN核電用奧氏體不銹鋼的制備方法，包括以下步驟：
[0007] (一）EAF電弧爐粗煉
[0008] 選用GCr 15或原生態(tài)SP < 0. 02%的優(yōu)質(zhì)廢鋼作為原材料加入EAF電弧爐進行熔 煉，在鎳鐵脫P時，控制鋼中Cr彡1. 5%，在氧化期脫P時，控制熔池溫度1510?1530°C，氧 氣壓力0· 4?0· 5Mpa，脫P彡0· 012%，脫C彡0· 5%;氧化期流渣后，控制熔池溫度1630? 1660°C，取樣分析，當P彡0. 012%，調(diào)整鋼水成分，升溫至1680?1700°C兌鋼，兌鋼時吹N2, 1100 ?1150m3/h 并加 CaO。
[0009] (二）AOD 精煉
[0010] (1)1期吹煉：02:隊=4?5:1，氧氣流量控制在1900?1950111 3/11，溫度控制在 1650 ?167(TC，控制成分 Cr :6· 80 ?17. 00%，Ni :10· 15 ?10. 30%，M〇 :2· 08 ?2. 15%， C :0. 20 ?0. 30%。
[0011] (2)11 期吹煉：〇2 : N2 = I : 1. 5 ?1. 7,氧氣流量控制在 1900 ?1950m3/h，加 CaO,溫度控制在1690±10°C，控制成分C :0. 020?0. 04% ;
[0012] (3) III期吹煉：02 : Ar2= 1 : 2?2.5,加 CaO,待終點C彡0.015%，控制溫度 在1690?1730°C，調(diào)整鋼種。
[0013] (4)預還原：加入Si-Fe粉還原，取樣分析，取樣分析的Si 0. 3?0. 5%時，純吹A(chǔ)r 5 ?5. 5min，Ar 流量 600 ?700m3/h。
[0014] (5)還原：扒渣全部，加入鋁錠還原，同時加入CaO和CaF2重新造渣，調(diào)整Cr、Ni、 Mn含量達到成品中限時，加鋁，吹N2 2?3min后純吹A(chǔ)r 2?3min，Ar流量600?700m3/ h，控制溫度在1600±10°C，并控制成分N :0· 12?(λ 17%，0彡30PPm，H彡L 5PPm。
[0015] (6)出鋼：控制鋼包內(nèi)鋼水溫度為1550?1570°C，出鋼時加稀土。
[0016] (三）澆注
[0017] 鋼包烘烤溫度> 80(TC，鎮(zhèn)靜> 5min后開始澆注，鋼錠模模溫> 70°C，平板二塊澆 完，澆注時采用Ar保護。
[0018] (四）熱加工鍛造
[0019] 總鍛造比彡4,每火次變形量彡30%，頭部切除量為15?16%，尾部切除量為5? 6%，鍛造溫度范圍1150?860°C，鍛造后按退化工藝680?750°C X 2. 5分鐘/毫米，空冷。
[0020] (五）熱處理
[0021] 淬火溫度1030?1150°C，保溫時間1.0?1.4分鐘/毫米，油冷彡75°C后，空冷； 回火溫度630?680°C，保溫時間2. 3?2. 7分鐘/毫米，空冷。本發(fā)明中保溫時間均按鍛 件截面厚度計算。
[0022] 作為優(yōu)選，步驟（一）中，CaO的加入量為25?30Kg/噸鋼。
[0023] 作為優(yōu)選，步驟（2)中，CaO的加入量為28?30Kg/噸鋼。
[0024] 作為優(yōu)選，步驟（3)中，CaO的加入量為7. 5?12. 5Kg/噸鋼。
[0025] 作為優(yōu)選，步驟（4)中，Si-Fe粉的加入量為20?30Kg/噸鋼。
[0026] 作為優(yōu)選，步驟（5)中，鋁錠加入量為1?I. 2Kg/噸鋼，CaO的加入量為28? 30kg/噸鋼，CaF2的加入量為7. 5?8kg/噸鋼，調(diào)整Cr、Ni、Mn含量達到成品中限時，加鋁 1?I. 2Kg/噸鋼。
[0027] 作為優(yōu)選，步驟（6)中，稀土加入量為0· 2?0· 3Kg/噸鋼。
[0028] 作為優(yōu)選，步驟（三）中澆注速度控制在8?9mm/s。
[0029] 因此，本發(fā)明具有如下有益效果：該制備方法工藝步驟簡單，易操作，適合工業(yè)化 生產(chǎn)，通過對不銹鋼化學成分的嚴格控制以及對冶煉、鍛造、熱處理工藝的優(yōu)化設(shè)計，有效 地控制了碳和氮的平衡，使得到316LN核電用奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的抗晶間腐蝕和力學 性能，同時還具有優(yōu)良的耐海洋和工業(yè)大氣侵蝕性能，特別適用于核電工業(yè)中的高壓鍋爐 用管及機車構(gòu)件。

【具體實施方式】
[0030] 下面通過【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步的描述。
[0031] 在本發(fā)明中，若非特指，所有百分比均為重量單位，所有設(shè)備和原料均可從市場購 得或是本行業(yè)常用的，下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域常規(guī)方法。
[0032] 實施例1
[0033] 一種316LN核電用奧氏體不銹鋼的制備方法，包括以下步驟：
[0034] (一）EAF電弧爐粗煉
[0035] 選用原生態(tài)SP < 0. 02%的優(yōu)質(zhì)廢鋼作為原材料加入EAF電弧爐進行熔煉，在鎳 鐵脫P時，控制鋼中Cr彡1. 5%，在氧化期脫P時，控制熔池溫度1510?1530°C，氧氣壓力 0· 4?0· 5Mpa，脫P彡0· 012%，脫C彡0· 5%;氧化期流渣后，控制熔池溫度1630?1660°C， 取樣分析，當P彡〇. 012%，調(diào)整鋼水成分，升溫至1680°C兌鋼，兌鋼時吹N2, IlOOmVh并加 CaO, CaO的加入量為25Kg/噸鋼。
[0036] (二）AOD 精煉
[0037] (I)I期吹煉：02 : N2 = 4 : 1，氧氣流量控制在1900m3/h，溫度控制在1650? 1670°C，控制成分 Cr :6· 80 ?17. 00%，Ni :10· 15 ?10. 30%，M〇 :2· 08 ?2. 15%，C :0· 20 ? 0· 30%。
[0038] (2) II期吹煉：02 : N2 = I : 1. 5,氧氣流量控制在1900m3/h，加 CaO, CaO的加入 量為28Kg/噸鋼，溫度控制在1690 ± KTC，控制成分C :0. 020?0. 04 %。
[0039] (3) III期吹煉：02 : Ar2 = 1 : 2,加 CaO,待終點C彡0.015%，控制溫度在1690? 1730°C，調(diào)整鋼種。
[0040] (4)預還原：加入Si-Fe粉還原，Si-Fe粉的加入量為20Kg/噸鋼，取樣分析，取樣 分析的3;10.3?0.5 (%時，純吹八『5111；[11，八1'流量6001113/11。
[0041] (5)還原：扒渣全部，加入鋁錠還原，鋁錠加入量為IKg/噸鋼，同時加入CaO和CaF2 重新造渣，CaO的加入量為28kg/噸鋼，CaF2的加入量為7. 5kg/噸鋼，調(diào)整Cr、Ni、Mn含量 達到成品中限時，加鋁IKg/噸鋼，吹N2 2min后純吹A(chǔ)r 2min，Ar流量600m3/h，控制溫度在 1600±10°C，并控制成分 N :0· 12 ?0· 17%，0 彡 30PPm，H 彡 I. 5PPm。
[0042] (6)出鋼：控制鋼包內(nèi)鋼水溫度為1550?1570°C，出鋼時加稀土，稀土加入量為 0· 2Kg/ 噸鋼。
[0043] (三）澆注
[0044] 鋼包烘烤溫度> 800°C，鎮(zhèn)靜> 5min后開始澆注，鋼錠模模溫> 70°C，平板二塊澆 完，澆注時采用Ar保護。
[0045] (四）熱加工鍛造
[0046] 澆注速度控制在8mm/s，鍛造比彡4,每火次變形量彡30 %，頭部切除量為15 %，尾 部切除量為5%，鍛造溫度范圍1150?860°C，鍛造后按退化工藝680°C X 2. 5分鐘/毫米， 空冷。
[0047] (五）熱處理
[0048] 淬火溫度1030?1150°C，保溫時間I. 0分鐘/毫米，油冷彡75°C后，空冷；回火溫 度630?680°C，保溫時間2. 3分鐘/毫米，空冷。
[0049] 將本實施例得到的316LN核電用奧氏體不銹鋼與規(guī)范要求的常規(guī)316LN不銹鋼 (參照標準:ASTMA276,牌號：316LN)分別進行化學成分和力學性能比較，得到的結(jié)果分別 如表1、表2所不。
[0050] 而下述實施例2、實施例3中得到的316LN核電用奧氏體不銹鋼與規(guī)范要求的常規(guī) 316LN不銹鋼（參照標準:ASTM A276,牌號：316LN)分別進行化學成分和力學性能比較，得 到的結(jié)果分別與表1、表2所示的結(jié)果類似，故不一一贅述。
[0051] 實施例2
[0052] -種316LN核電用奧氏體不銹鋼的制備方法，包括以下步驟：
[0053] (一）EAF電弧爐粗煉
[0054] 選用GCrl5優(yōu)質(zhì)廢鋼作為原材料加入EAF電弧爐進行熔煉，在鎳鐵脫P時，控制鋼 中Cr彡I. 5%，在氧化期脫P時，控制熔池溫度1510?1530°C，氧氣壓力0· 4?0· 5Mpa， 脫P彡0. 012%，脫C彡0. 5% ;氧化期流渣后，控制熔池溫度1630?1660°C，取樣分析，當 P彡0. 012%，調(diào)整鋼水成分，升溫至1690°C兌鋼，兌鋼時吹N2,1140m3/h并加 CaO，CaO的加 入量為28Kg/噸鋼。
[0055] (二）AOD 精煉
[0056] (I) I期吹煉：02 : N2 = 4. 5 : 1，氧氣流量控制在1970m3/h，溫度控制在1650? 1670°C，控制成分 Cr :6· 80 ?17. 00%，Ni :10· 15 ?10. 30%，M〇 :2· 08 ?2. 15%，C :0· 20 ? 0· 30%。
[0057] (2) II期吹煉：02 : N2 = I : 1. 6,氧氣流量控制在1940m3/h，加 CaO, CaO的加入 量為29Kg/噸鋼，溫度控制在1690 ± KTC，控制成分C :0. 020?0. 04 %。
[0058] (3)111期吹煉：02:六1*2=1:2.2，加〇 &0，待終點（：彡0.015%，控制溫度在 1690?1730°C，調(diào)整鋼種。
[0059] (4)預還原：加入Si-Fe粉還原，Si-Fe粉的加入量為25Kg/噸鋼，取樣分析，取樣 分析的3丨0.3?0.5%時，純吹415.2111丨11，41'流量65〇111 3/11。
[0060] (5)還原：扒渣全部，加入鋁錠還原，鋁錠加入量為I. IKg/噸鋼，同時加入CaO和 CaF2重新造渣，CaO的加入量為29kg/噸鋼，CaF2的加入量為7. 6kg/噸鋼，調(diào)整Cr、Ni、Mn 含量達到成品中限時，加鋁I. IKg/噸鋼，吹N2 2. 5min后純吹A(chǔ)r 2. 5min，Ar流量650m3/h， 控制溫度在1600±10°C，并控制成分N :0· 12?(λ 17%，0彡30PPm，H彡L 5PPm。
[0061] (6)出鋼：控制鋼包內(nèi)鋼水溫度為1550?1570°C，出鋼時加稀土，稀土加入量為 0· 25 ?0· 3Kg/ 噸鋼。
[0062] (三）澆注
[0063] 鋼包烘烤溫度> 800°C，鎮(zhèn)靜> 5min后開始澆注，鋼錠模模溫> 70°C，平板二塊澆 完，澆注時采用Ar保護。
[0064] (四）熱加工鍛造
[0065] 澆注速度控制在8. 5mm/s，鍛造比彡4,每火次變形量彡30%，頭部切除量為 15. 5%，尾部切除量為5. 5%，鍛造溫度范圍1150?860°C，鍛造后按退化工藝690°C X 2. 5 分鐘/毫米，空冷。
[0066] (五）熱處理
[0067] 淬火溫度1030?1150°C，保溫時間1. 3分鐘/毫米，油冷彡75°C后，空冷；回火溫 度630?680°C，保溫時間2. 5分鐘/毫米，空冷。
[0068] 實施例3
[0069] 一種316LN核電用奧氏體不銹鋼的制備方法，包括以下步驟：
[0070] (一）EAF電弧爐粗煉
[0071] 選用原生態(tài)SP < 0. 02%的優(yōu)質(zhì)廢鋼作為原材料加入EAF電弧爐進行熔煉，在鎳 鐵脫P時，控制鋼中Cr彡1. 5%，在氧化期脫P時，控制熔池溫度1510?1530°C，氧氣壓力 0· 4?0· 5Mpa，脫P彡0· 012%，脫C彡0· 5%;氧化期流渣后，控制熔池溫度1630?1660°C， 取樣分析，當P彡〇. 012%，調(diào)整鋼水成分，升溫至1700°C兌鋼，兌鋼時吹N2,1150m3/h并加 CaO, CaO的加入量為30Kg/噸鋼。
[0072] (二）AOD 精煉
[0073] (I)I期吹煉：02 : N2 = 5 : 1，氧氣流量控制在1950m3/h，溫度控制在1650? 1670°C，控制成分 Cr :6· 80 ?17. 00%，Ni :10· 15 ?10. 30%，M〇 :2· 08 ?2. 15%，C :0· 20 ? 0· 30%。
[0074] (2) II期吹煉：02 : N2 = I : 1. 7,氧氣流量控制在1950m3/h，加 CaO, CaO的加入 量為30Kg/噸鋼，溫度控制在1690 ± KTC，控制成分C :0. 020?0. 04 %。
[0075] (3)111期吹煉：02:41"2=1:2.5，加0 &0，待終點（：彡0.015%，控制溫度在 1690?1730°C，調(diào)整鋼種。
[0076] (4)預還原：加入Si-Fe粉還原，Si-Fe粉的加入量為30Kg/噸鋼，取樣分析，取樣 分析的3丨0.3?0.5%時，純吹415.5111丨11，41'流量 7001113/11。
[0077] (5)還原：扒渣全部，加入鋁錠還原，鋁錠加入量為I. 2Kg/噸鋼，同時加入CaO和 CaF2重新造渣，CaO的加入量為30kg/噸鋼，CaF2的加入量為8kg/噸鋼，調(diào)整Cr、Ni、Mn含 量達到成品中限時，加鋁1?I. 2Kg/噸鋼，吹N2 3min后純吹A(chǔ)r 3min，Ar流量700m3/h，控 制溫度在1600±10°C，并控制成分N :0· 12?0· 17%，0彡30PPm，H彡L 5PPm。
[0078] (6)出鋼：控制鋼包內(nèi)鋼水溫度為1550?1570°C，出鋼時加稀土，稀土加入量為 〇· 3Kg/ 噸鋼。
[0079](三）澆注
[0080] 鋼包烘烤溫度> 800°C，鎮(zhèn)靜> 5min后開始澆注，鋼錠模模溫> 70°C，平板二塊澆 完，澆注時采用Ar保護。
[0081] (四）熱加工鍛造
[0082] 澆注速度控制在9mm/s，鍛造比彡4,每火次變形量彡30 %，頭部切除量為16 %，尾 部切除量為6%，鍛造溫度范圍1150?860°C，鍛造后按退化工藝750°C X 2. 5分鐘/毫米， 空冷。
[0083] (五）熱處理
[0084] 淬火溫度1030?1150°C，保溫時間1. 4分鐘/毫米，油冷彡75°C后，空冷；回火溫 度630?680°C，保溫時間?2. 7分鐘/毫米，空冷。
[0085] 表1實施例1的316LN核電用奧氏體不銹鋼與常規(guī)316LN不銹鋼化學成分的比較 結(jié)果
[0086]

【權(quán)利要求】
1. 一種316LN核電用奧氏體不銹鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (一） EAF電弧爐粗煉 選用GCrl5或原生態(tài)SP < 0. 02%的優(yōu)質(zhì)廢鋼作為原材料加入EAF電弧爐進行熔煉， 在鎳鐵脫P時，控制鋼中Cr< 1. 5%，在氧化期脫P時，控制熔池溫度1510?1530°C，氧氣 壓力0· 4?0· 5Mpa，脫P彡0.012%，脫0 0.5% ;氧化期流渣后，控制熔池溫度1630? 1660°C，取樣分析，當P彡0. 012%，調(diào)整鋼水成分，升溫至1680?1700°C兌鋼，兌鋼時吹N2， 1100 ?1150m3/h 并加 CaO ; (二） A0D精煉 (1) I期吹煉：〇2 : N2 = 4?5 : 1，氧氣流量控制在1900?1950m3/h，溫度控制在 1650 ?167(TC，控制成分 Cr :6· 80 ?17. 00%，Ni :10· 15 ?10. 30%，M〇 :2· 08 ?2. 15%， C :0. 20 ?0. 30% ; (2) 11期吹煉：02:隊=1:1.5?1.7，氧氣流量控制在1900?19501113/11，加〇 &0，溫 度控制在1690±10°C，控制成分C :0. 020?0. 04% ; (3) 111期吹煉：02:41*2=1:2?2.5，加0&0，待終點（：彡0.015%，控制溫度在 1690?1730°C，調(diào)整鋼種； (4) 預還原：加入Si-Fe粉還原，取樣分析，取樣分析的Si 0.3?0.5%時，純吹A(chǔ)r 5? 5. 5min，Ar 流量 600 ?700m3/h ; (5) 還原：扒渣全部，加入鋁錠還原，同時加入CaO和0&匕重新造渣，調(diào)整Cr、Ni、Mn含 量達到成品中限時，加鋁，吹N22?3min后純吹A(chǔ)r 2?3min，Ar流量600?700m3/h，控制 溫度在 1600±10°C，并控制成分 N :0· 12 ?0· 17%，0 彡 30PPm，Η 彡 1. 5PPm ; (6) 出鋼：控制鋼包內(nèi)鋼水溫度為1550?1570°C，出鋼時加稀土； (三） 澆注 鋼包烘烤溫度> 80(TC，鎮(zhèn)靜> 5min后開始澆注，鋼錠模模溫> 70°C，平板二塊澆完， 澆注時采用Ar保護； (四） 熱加工鍛造 總鍛造比彡4,每火次變形量彡30 %，頭部切除量為15?16 %，尾部切除量為5?6 %， 鍛造溫度范圍1150?860°C，鍛造后按退化工藝680?750°C X2. 5分鐘/毫米空冷； (五） 熱處理 淬火溫度1030?1150°C，保溫時間1. 0?1. 4分鐘/毫米，油冷彡75°C后，空冷；回火 溫度630?680°C，保溫時間2. 3?2. 7分鐘/毫米，空冷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（一）中，CaO的加入量為25? 30Kg/噸鋼。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2)中，CaO的加入量為28? 30Kg/噸鋼。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（3)中，CaO的加入量為7. 5? 12. 5Kg/ 噸鋼。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（4)中，Si-Fe粉的加入量為 20?30Kg/噸鋼。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（5)中，鋁錠加入量為1? 1. 2Kg/噸鋼，CaO的加入量為28?30kg/噸鋼，CaF2的加入量為7· 5?8kg/噸鋼，調(diào)整Cr、 Ni、Mn含量達到成品中限時，加鋁1?1.2Kg/噸鋼。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟￠)中，稀土加入量為0.2? 〇· 3Kg/ 噸鋼。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（三）中澆注速度控制在8? 9mm/s〇
【文檔編號】C22C33/04GK104294171SQ201410582319
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】吳增安, 吳宇, 吳亮, 戴丹江 申請人:江浦不銹鋼制造有限公司