ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢的洁净化冶炼过程研究.docx

? ? ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢的洁净化冶炼过程研究 ? ? 熊云龙，杨宁，张跃 沈阳铸造研究所有限公司 辽宁沈阳 110022 1 序言 水轮发电机转轮是整个发电机组重要零件之一，对内部质量和尺寸精度均要求较高。转轮的质量好坏直接影响着转轮的效率、抗空蚀性能和运行稳定性，因此它的制造质量对水轮机发电机组的整机运行至关重要[1-3]，尤其是制造转轮所用的材料。多年来，我公司制造转轮采用ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢，主要因为其具有良好的抗热冲击性、耐蚀性、抗氧化性、低温冲击韧度等性能[4]。ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢不仅广泛用于制造水轮机转轮，而且也应用在海水泵、阀、增压器壳体等重要零部件上[5-7]。 由于ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢的广泛应用，对它的研究很多。一些学者研究了热处理过程、化学成分等因素对ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢力学性能的影响[8]。很少有人研究冶炼工艺对ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢力学性能的影响。合理的冶炼过程能够降低材料中有害元素磷、硫、夹杂物，以及氢、氧、氮有害元素含量，从而提高ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢的各方面性能。本文分析冶炼过程对ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢力学性能的影响，严格控制工艺参数，对稳定化生产ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢具有重要意义。ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢的化学成分与力学性能见表1、表2。 表1 ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢化学成分（质量分数）（%） 表2 ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢铸件的力学性能 2 试验材料与方法 所需原材料有废钢（A3）、铬铁（60%Cr）、纯镍、钼铁、石灰。C按1.2%配入，Si按吨钢5kg加入，Cr按11.8%配入，Ni按3.7%配入。 冶炼方式采用电弧炉+AOD炉生产。电弧炉主要熔化炉料，AOD炉完成最终冶炼。 冶炼工艺优化主要是改变AOD炉冶炼造渣制度和供气制度。合理的造渣制度能够有效脱磷、脱硫、去除夹杂物。合理的供气制度也能够增加去碳效率，降低冶炼时间和生产成本。 冶炼优化方案： 1）将AOD炉由单渣操作优化为双渣操作，碱度由1.5调整为2.0。 2）供气制度原来为三阶段供气，第一阶段：O2:Ar＝4:1，脱碳到0.3%～0.6%，温度1630～1670℃；第二阶段：O2:Ar＝1:1，脱碳到0.08%～0.2%，温度1680～1720℃；第三阶段：O2:Ar＝1:3，脱碳到0.020%～0.035%。 优化后为四阶段供气，第一阶段：O2:Ar＝5:1，温度1680～1720℃；脱碳到0.6%～0.8%；第二阶段：O2:Ar＝3:1，脱碳到0.3%～0.5%，温度1630～1670℃；第三阶段：O2:Ar＝1:1，脱碳到0.08%～0.2%，温度1680～1720℃；第四阶段：O2:Ar＝1:3，脱碳到0.020%～0.035%。 3 冶炼工艺过程介绍 3.1 生产准备过程 （1）钢包准备 保证钢包内壁清洁、干净，无浮渣，无残钢；浇注系统无异常；修包过程中保证细致认真，将漏包等事故的概率降低到最小。 （2）设备要求 电弧炉与AOD炉衬无污染金属残余，设备正常运转。 （3）原料要求 要保证原料无油、无密封容器的清洁废钢，合金材料要干燥，保证原料的清洁度，才能保证钢液质量。 （4）配料要求 根据计划所需钢液量和钢种成分，确定原料加入量，原料烧损8%左右。加合金前氧化脱P处理。配入碳量基本为料重的1.5%～2.0%，Cr、Ni按下限。清楚各种材料的化学成分。为更好地去除夹杂物，提前造渣，装料时加入料重1.5%的石灰。 （5）装炉要求 首先把硅铁、石灰、增碳剂铺放在炉底，然后加入镍板需远离电极周围，防止高温烧损，由于钼铁不易熔化和保证金属铬的回收，因此采用在AOD炉中加入。 3.2 电弧炉冶炼过程 1）装料要密实，炉底加石灰15kg/t钢液，合金元素远离电弧区域。 2）起弧时小功率，穿井期大功率，炉料熔化80%开始吹氧助熔，氧压为0.5MPa。 3）炉料全部熔化后取样分析成分，吹氧脱碳至1.2%～1.8%。 4）还原期调整炉渣碱度，把碱度从原来的1.2调整为2，调整熔渣流动性，加入铝1kg/t钢液，脱氧剂4～8kg/t钢液进行脱氧还原，分析成分。 5）调整出钢条件：①成分合格，wC＝1.2%～1.8%、wSi≤0.5%，Cr、Ni为成分要求下限，wP≤0.030%。②钢液脱氧良好，达到白渣效果。③钢液温度1650～1680℃。④中转包烘烤温度700℃以上。 3.3 AOD炉冶炼过程 （1）AOD开炉前准备 AOD在开炉前炉体预热达到（700±50）℃，预先准备好充分干燥的脱氧剂（硅铁和铝）、造渣剂（石灰和萤石）、发热剂（铝），同时要准备好各种少量的镍、铬铁、钼铁及锰铁等合金（应尽量选取小块，以