陳培紅， 曹岸春， 段佳圣

（太原重工股份有限公司， 山西 太原 030024）

1 概述

低碳高鉻含氮雙相不銹鋼CD3MN 由于其優(yōu)異的耐腐性能，廣泛應(yīng)用于海水淡化、水電站、石油、化工等行業(yè)，市場對(duì)該材質(zhì)鑄件和鍛件需求量大，該不銹鋼屬于高附加值產(chǎn)品。掌握超低碳高鉻含氮雙相不銹鋼的冶煉技術(shù)，具備生產(chǎn)超低碳高鉻含氮雙相不銹鋼水的能力，對(duì)拓寬公司產(chǎn)品范圍，增加市場競爭力提供強(qiáng)有力的支持。

超低碳高鉻高氮雙相不銹鋼CD3MN 主要用于精端大型機(jī)器零部件，其鋼種冶煉難度主要是w（C）≤0.03%、合金含量高、P 及S 要求嚴(yán)格。冶煉過程鉻鐵、鎳板、鉬鐵合金加入量大，根據(jù)理論及我廠生產(chǎn)實(shí)踐，該鋼種的去碳難比304 不銹鋼增加，冶煉過程尤其是VOD 過程，操作需要經(jīng)過精準(zhǔn)計(jì)算成分控制及細(xì)節(jié)操作，真空脫碳后對(duì)鋼水的合金進(jìn)行微調(diào)、增氮有難度，控制不當(dāng)易導(dǎo)致碳超標(biāo)，才能冶煉成合格的雙相不銹鋼，本文結(jié)合實(shí)際成功生產(chǎn)15 爐次經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)相關(guān)過程參數(shù)，為再生產(chǎn)此類鋼種提供技術(shù)支撐。

2 生產(chǎn)工藝流程概述

2.1 生產(chǎn)工藝流程

精選生鐵及廢鋼→EBT 電爐初煉出鋼（調(diào)整Mo、Ni、C、P 成分）→LF 鋼包精煉爐（調(diào)整合金成分）→LF 調(diào)整溫度→扒渣→VOD 爐（去C 保Cr）→破真空→LF（調(diào)整N、Al 成分）→LF 調(diào)整溫度→吊包澆注鑄件。

2.2 VOD 爐設(shè)備

VOD 法是真空脫碳生產(chǎn)不銹鋼主要設(shè)備，圖1為VOD 設(shè)備示意圖，VOD 爐包含氧槍及其升降系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、真空罐及罐蓋。VOD 爐冶煉是在真空下，向鋼液吹氧冶煉去碳，鋼包底部吹氬攪拌鋼水，當(dāng)精煉達(dá)到脫碳要求時(shí)，停止吹氧，然后提高真空度進(jìn)行再脫氧，VOD 爐工藝流程主要用于生產(chǎn)不銹鋼或超低碳合金鋼[1]。

圖1 VOD 設(shè)備示意圖

3 冶煉關(guān)鍵技術(shù)理論分析

3.1 鋼種成分

CD3MN 不銹鋼的標(biāo)準(zhǔn)成分如表1 所示，表1 中列出常見304 不銹鋼的成分，用于結(jié)合對(duì)比鋼種成分分析討論過程控制理論及實(shí)踐。

表1 CD3MN 及304 不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分 %

3.2 成分控制研究

CD3MN 不銹鋼由于其成分的特殊性及冶煉設(shè)備的制約性，針對(duì)該鋼種的冶煉主要研究初煉出鋼量、合金化位置、VOD 過程參數(shù)控制、鋼水增氮，且對(duì)精煉過程合金的收得率與冶煉時(shí)間進(jìn)行研究，保證鋼水成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

該鋼種的主要難度在Cr、Mo 高而Ni 低，通過查閱文獻(xiàn)[2]w（Cr）=22%、w（Mo）=3%兩個(gè)元素是限制VOD 去碳，其含量與304 不銹鋼比增加8%的合金含量，而w（Ni）=5%對(duì)去碳有利元素比304 不銹鋼降低3%，三個(gè)元素疊加作用，提高脫碳難度2 倍，再由于w（C）≤0.03%，可以得知該鋼種的去碳難度要比常規(guī)不銹鋼增加，不銹鋼去碳理論請(qǐng)查閱相關(guān)資料，本文不再做理論分析。

由于CD3MN 生產(chǎn)難度大，產(chǎn)品要求高，生產(chǎn)成本高，各鋼廠生產(chǎn)前都經(jīng)過深入研究，目前未查到相關(guān)的冶煉文獻(xiàn)，非常需要生產(chǎn)試驗(yàn)總結(jié)，減少冶煉過程問題，降低生產(chǎn)過程損失，本文通過總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，支撐理論研究，為再冶煉此類不銹鋼做好總結(jié)。

3.3 生產(chǎn)過程

3.3.1 合金元素調(diào)整控制思路

由表1 可知CD3MN 的合金元素成分含量，根據(jù)目前合金成分計(jì)算合金用量，合金增加調(diào)整成分同時(shí)增加鋼水質(zhì)量，合金質(zhì)量占CD3MN 鋼水的60%，為減小精煉過程的壓力和縮短冶煉時(shí)間，鎳板和鉬鐵在電爐熔化，精煉過程僅對(duì)Ni、Mo 微調(diào)；CD3MN 的要求w（C）≤0.03%，嚴(yán)格控制VOD 真空脫碳氧過程各個(gè)參數(shù)，準(zhǔn)確判斷吹氧終點(diǎn)確保鋼水碳含量達(dá)到要求，還原劑的加入量提高鉻的收得率，VOD 后對(duì)鋼水進(jìn)行增N 操作。

3.3.2 合金Cr、Ni、Mo 過程成分控制

設(shè)計(jì)成分控制工藝，根據(jù)我廠現(xiàn)有合金收得率情況，參考同行業(yè)高合金鋼合金收得率情況[3]，表2 為生產(chǎn)過程5 爐的Cr、Ni、Mo 調(diào)整過程成分變化參數(shù)。

表2 冶煉過程Cr、Ni、Mo 成分情況

由表2 可知，5 爐鋼精煉爐出鋼Cr、Ni、Mo 成分全部符合要求。但是真空后調(diào)整w（Cr）的范圍，5 爐鋼相差2%以上，主要是對(duì)VOD 過程參數(shù)控制不穩(wěn)定，VOD 過程損失Cr 偏差大導(dǎo)致。

3.3.3 碳、氮成分控制

表3 為生產(chǎn)過程5 爐的VOD 后C、N 調(diào)整過程成分變化參數(shù)

表3 VOD 后C、N 的成分情況 %

由表3 可知，VOD 后C 成分，隨著調(diào)整N 及微調(diào)合金Cr 明顯增加，雖然都合格，但是基本都在上限，由于C 是CN3MN 不銹鋼的關(guān)鍵成分，存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

C 的風(fēng)險(xiǎn)控制，生產(chǎn)過程經(jīng)過嘗試，VOD 前將Cr 調(diào)整至上限，減少或杜絕VOD 后增Cr 導(dǎo)致增碳風(fēng)險(xiǎn)效果較好，因?yàn)橐环矫鎂OD 后增Cr 成本高，另一方面微碳Cr 鐵中也增加鋼水中碳含量，且降溫導(dǎo)致送電電極增碳。此方面由于與VOD 吹氧控制相關(guān)性較大，本文不再展開討論。

3.4 小結(jié)

掌握了超低碳高鉻含氮雙相不銹鋼CD3MN 的冶煉技術(shù)和真空脫碳后鋼水增氮的技術(shù)，提升了本單位VOD 真空碳脫氧的能力，具備冶煉w（C）＜0.03%，w（N）在0.15%～0.20%的鋼水能力。在冶煉得到合格鋼水的情況下，精煉過程Cr、Ni、Mo 合金的收得率穩(wěn)定，真空脫碳后鋼水氮達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，為以后生產(chǎn)含氮鋼種打下良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

1）通過理論結(jié)合實(shí)際成產(chǎn)，具備冶煉w（C）＜0.03%，高Cr、低Ni、高M(jìn)o，w（N）含量在0.15%～0.20%的鋼水能力。

2）掌握了超低碳高鉻含氮雙相不銹鋼CD3MN的冶煉技術(shù)，VOD 真空脫碳吹氧參數(shù)，鋼水增氮防止碳增加的工藝技術(shù)參數(shù)。