專利名稱：高溫合金鋼p91的冶煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵行業(yè)的合金鋼冶煉工藝，尤其是指高溫合金鋼P91的冶 煉方法。
背景技術(shù)：
高壓鍋爐管坯用P91合金鋼，主要用于大容量超臨界發(fā)電機組。它的突 出優(yōu)點是耐高溫、耐高壓和持久強度高，并且綜合性能優(yōu)良。為了滿足一定 的硬度要求，需要控制鋼坯中的N含量， 一般控制在400 500ppm之間，而 且材料上不能出現(xiàn)皮下氣泡和白點缺陷。
目前，高壓鍋爐管坯用P91合金鋼的冶煉方法一般采用槽式電弧爐+LFV 或槽式電爐+轉(zhuǎn)爐進行冶煉，并且通過精練末期添加氮化物合金進行增氮。該 現(xiàn)有工藝中存在下列問題1) N的控制采用澆注前添加氮化合金來實現(xiàn)(如 氮化鉻鐵或氮化錳鐵)，合金化時氮的收得率低，控制不穩(wěn)定，同時氮化鉻鐵 或氮化錳鐵中的雜質(zhì)元素易污染鋼液；2)采用槽式電爐出鋼渣量過大，造成 鋼液的有害殘余元素和殘余氣體的增加(鋼錠存在皮下氣泡和白點缺陷)。所 以容易在澆注13. 2t錠型的過程中產(chǎn)生皮下氣泡和白點缺陷，當(dāng)生產(chǎn)(i)400 580規(guī)格的大管坯時，此缺陷在軋制和穿管過程中容易產(chǎn)生表面裂紋和內(nèi)表 面裂紋，最終造成報廢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高溫合金鋼P91的冶煉方法，可以穩(wěn)定控制 鋼液中氮含量，提高鋼液的純凈度，節(jié)約合金，同時消除現(xiàn)有冶煉工藝中存 在的材料皮下氣泡和白點缺陷，避免在軋制和穿管過程中容易產(chǎn)生的表面裂 紋和內(nèi)表面裂紋現(xiàn)象。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種高溫合金鋼P91的 冶煉方法，其特征在于包括以下步驟l)通過偏心底出鋼電弧爐熔化廢鋼; 2)出鋼合金化操作出鋼過程中根據(jù)氧氣消耗量加入適量的SiAlFe和Al 粒作脫氧劑，再加入MoFe和微Cr，最后加入造渣料；3)鋼包精煉分批加 入石灰調(diào)整渣系，同時采用SiFe粉和C渣面脫氧，升溫后分批加入其余合金， 調(diào)整成標(biāo)準(zhǔn)成分，再進行底吹氮直至溫度達(dá)到吊包溫度，分析終點氮含量， 控制在400 500ppm; 4)真空抽氣；5)破真空后切換氧氣攪拌，測溫/定氫 /取樣分析，根據(jù)分析結(jié)果中氮含量，調(diào)整氮氣流量進行吹氮合金化，取樣分 析，根據(jù)分析結(jié)果決定吹入量；6)澆注。
采用偏心底出鋼EAF+LF+VD工藝路線代替原有工藝路線，解決了原工藝 渣量過大帶來的有害元素脫除困難、影響冶煉質(zhì)量的問題。采用吹氮合金化， 代替澆注前添加合金增氮合金化，消除了冶煉末期添加合金雜質(zhì)對鋼液的污 染，同時節(jié)省了合金。新工藝存在過程添加合金過多的難點，通過優(yōu)化的合 金添加制度，已經(jīng)得到克服。
本發(fā)明的詳細(xì)步驟如下
第一步通過偏心底出鋼電弧爐(瀝青爐襯)，采用一定的電壓和電流熔 化廢鋼。第二籃料通電熔化后，第二籃料熔清大于80%后吹氧助熔，出鋼溫 度控制在1680 170(TC (溫度過高會影響電爐的壽命，過低會造成部分鋼液 凝固在鋼包內(nèi))。出鋼時成分控制C《0.05X， P《0.008。X。并且出鋼過程采 用EBT出鋼，可以防止氧化渣進入鋼包，污染鋼液。
第二步出鋼合金化操作預(yù)先在鋼包內(nèi)加入出鋼量5% 6%微Cr合金與 鋼包一起同時進行烘烤，加入過多，不能完全熔化，過少造成后期補加增加， 冶煉時間過長。出鋼量達(dá)到30%時，開始加入150 200kg的SiAlFe及70 80kg的Al粒作脫氧劑，出鋼量達(dá)到50%時，加入出鋼量0. 5 0. 6%的MoFe (Mo含量55W)和出鋼量2% 3%微0，最后加入造渣料石灰400 500kg 和淌道磚50 60kg(含Si(X,為32%， A1A為480/0)。常規(guī)操作都是隨鋼流加入 少量合金，造成LF添加合金負(fù)擔(dān)過重，冶煉時間長。
第三步鋼包精煉鋼包就位LF后，首先分批加入石灰100 150kg調(diào)整 渣系，同時采用SiFe粉和C渣面脫氧，造白渣，保證爐渣有一定的發(fā)泡效果 和流動性。當(dāng)升溫到158(TC 160(TC后，分2 3批加入其余合金，調(diào)整成
分進內(nèi)控。在合金完全調(diào)整后開始進行底吹氮代替底吹氬攪拌，直到溫度達(dá) 到吊包溫度1670 1690。C。分析終點氮含量基本控制400 500ppm之間。吊
包前加入鋼液O. 1% 0. 15% NbFe。
第四步真空抽氣保證在《66.7Pa真空度以下，抽真空時間》15min真 空時，鋼包底吹氬流量視攪拌情況控制在100 400Nm7min。該流量根據(jù)生產(chǎn) 節(jié)奏情況確定。
第五步吹氮合金化操作破真空后切換氮氣攪拌，測溫/定氫/取樣分析， 根據(jù)分析結(jié)果中氮含量，調(diào)整氮氣流量(400 500Nm7min )，進行吹氮合金 化。根據(jù)初始N含量的不同，當(dāng)?shù)獨庀牧窟_(dá)到10 12Nm'時，取樣分析， 根據(jù)分析結(jié)果決定吹入量，以保證成品N。同時保證開澆溫度1565 1575°C。
第六步澆注鋼錠模、平板應(yīng)烘烤，保持清潔。中注管耐材使用ZrO涂 料。保護渣使用"7030改"保護渣，澆畢后8小時起吊，紅送。
由于本發(fā)明采用了以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu) 點和積極效果
利用本發(fā)明專利生產(chǎn)高壓鍋爐大管坯P91合金鋼，操作簡便，滿足大生 產(chǎn)要求，不需要大量設(shè)備投資，使用原來的底攪拌系統(tǒng)進行吹氮合金化，降 低了生產(chǎn)成本。該冶煉工藝可以用于其它含氮不銹鋼的生產(chǎn)。采用這種工藝 進行生產(chǎn)，成品質(zhì)量滿足要求而且性能穩(wěn)定。
1. 鋼液中氮含量控制穩(wěn)定；
2. 解決了原有冶煉工藝中存在鋼錠皮下氣泡和白點缺陷；
3. 鋼液的純凈度高，質(zhì)量穩(wěn)定性高；
4. 避免了在軋制和穿管過程中容易產(chǎn)生的管坯表面裂紋和內(nèi)表面裂紋 現(xiàn)象。
具體實施例方式
實施例一
某鋼鐵公司在60t生產(chǎn)線上使用本發(fā)明成功冶煉了高壓鍋爐管P91，完 整的技術(shù)方案如下
首先采用60t偏心底出鋼EAF+LF+VD的工藝路線，通過偏心底出鋼電弧 爐(瀝青爐襯)，采用一定的電壓和電流熔化廢鋼，總裝入量為64.02t。電 爐電壓控制在18檔，電流控制在6檔，底部氮氣攪拌流量為30Nm7min，壓
力1.6Mpa。第二籃料通電熔化后，第二籃料熔清大于80%后吹氧助熔，氧氣 流量為2000NmVh出鋼溫度為168CTC ，出鋼時成分控制C為0. 04% ， P為0. 005%。
第二步達(dá)到出鋼條件后出鋼合金化操作，預(yù)先在鋼包內(nèi)加入3t微Cr 合金與鋼包一起同時進行烘烤。出鋼到20t時開始加入200kg的SiAlFe，在 出鋼到30t時加入500kg MoFe和3.2t微Cr，最后加入造渣料石灰400kg 和淌道磚50kg(含Si。2為32%， A1A為48%)。
第三步鋼包就位LF后，測溫1562。C，首先加入石灰150kg調(diào)整渣系， 其后再加入100kg石灰，同時采用30kg SiFe粉渣面脫氧，造白渣，保證爐 渣有一定的發(fā)泡效果和流動性。當(dāng)升溫到1592。C后，開始分三批加入其余合 金，第一批28kgSiFe、 342kgMoFe、 32kg金屬Ni、 138kgVFe;第二批271kg 中CMn、 1000kg微C Cr;第三批加入1228kg微C Cr，調(diào)整成分進內(nèi)控。在 合金完全調(diào)整后開始進行底吹氮代替底吹氬攪拌，直到溫度達(dá)到吊包溫度 1689°C，分析終點氮含量為396ppm，吊包前加入60kg NbFe。
第四步到VD后，測溫取樣，溫度為1674。C，真空抽氣到66. 7Pa真空 度，保持抽真空時間15min，鋼包底吹氬流量視攪拌情況控制在300Nm7min。
第五步破真空后進行吹氮合金化操作，切換氮氣攪拌，測溫1500C， 定氫1.0ppm，取樣分析，根據(jù)分析結(jié)果中氮含量210ppm，調(diào)整氮氣流量400N m7min，進行吹氮合金化。當(dāng)?shù)獨庀牧窟_(dá)到12Nm3時，取樣分析N含量 500卯m，停止吹氮氣。測溫溫度1575。C。
最后吊包澆注，鋼錠模、平板應(yīng)烘烤就位。中注管耐材使用ZrO涂料。 保護渣使用"7030改"保護渣。澆畢后8小時起吊，紅送軋鋼廠。
實施例二
某鋼鐵公司在60t生產(chǎn)線上使用本發(fā)明成功冶煉了高壓鍋爐管P91，完 整的技術(shù)方案如下
首先采用60t偏心底出鋼EAF+LF+VD的工藝路線，通過偏心底出鋼電弧 爐(瀝青爐襯)，采用一定的電壓和電流熔化廢鋼，總裝入量為64.22t。電 爐電壓控制在18檔，電流控制在6檔，底部氮氣攪拌流量為30Nm7min，壓 力1.6Mpa。第二籃料通電熔化后，第二籃料熔清大于80%后吹氧助熔，氧氣
流量為2000NmVh出鋼溫度為1700°C ，出鋼時成分控制C為0. 04% ， P為0. 005%。
第二步達(dá)到出鋼條件后出鋼合金化操作，預(yù)先在鋼包內(nèi)加入3.6t微Cr 合金與鋼包一起同時進行烘烤。出鋼到20t時開始加入150kg的SiAlFe，在 出鋼到30t時加入500kg MoFe和3.0t微Cr，最后加入造渣料石灰400kg 和淌道磚50kg(含Si02為32%， AIA為48%)。
第三步鋼包就位LF后，測溫1552i:，首先加入石灰150kg調(diào)整渣系， 其后再加入100kg石灰，同時采用30kg SiFe粉渣面脫氧，造白渣，保證爐 渣有一定的發(fā)泡效果和流動性。當(dāng)升溫到1592i:后，開始分三批加入其余合 金，第一批30kgSiFe、 340kg MoFe、 30kg金屬Ni、 130kg VFe;第二批271kg 中CMn、 1000kg微C Cr;第三批加入1230kg微C Cr，調(diào)整成分進內(nèi)控。在 合金完全調(diào)整后開始進行底吹氮代替底吹氬攪拌，直到溫度達(dá)到吊包溫度 1675°C，分析終點氮含量為380ppm，吊包前加入60kg NbFe。
第四步到VD后，測溫取樣，溫度為1670°C，真空抽氣到66. 7Pa真空 度，保持抽真空時間15min，鋼包底吹氬流量視攪拌情況控制在300Niri7min。
第五步破真空后進行吹氮合金化操作，切換氮氣攪拌，測溫160(TC， 定氫l.Oppm，取樣分析，根據(jù)分析結(jié)果中氮含量250ppm，調(diào)整氮氣流量200N rn7min，進行吹氮合金化。當(dāng)?shù)獨庀牧窟_(dá)到lONmH取樣分析N含量 450ppm，停止吹氮氣。測溫溫度1570。C。
最后吊包澆注，鋼錠模、平板應(yīng)烘烤就位。中注管耐材使用ZrO涂料。 保護渣使用"7030改"保護渣。澆畢后8小時起吊，紅送軋鋼廠。
實施例三
某鋼鐵公司在60t生產(chǎn)線上使用本發(fā)明成功冶煉了高壓鍋爐管P91，完
整的技術(shù)方案如下
首先采用60t偏心底出鋼EAF+LF+VD的工藝路線，通過偏心底出鋼電弧 爐(瀝青爐襯)，采用一定的電壓和電流熔化廢鋼，總裝入量為64.22t。電 爐電壓控制在18檔，電流控制在6檔，底部氮氣攪拌流量為30NmVmin，壓 力1.6Mpa。第二籃料通電熔化后，第二籃料熔清大于80%后吹氧助熔，氧氣 流量為2000Nm7h出鋼溫度為1690。C ，出鋼時成分控制C為0. 04% ， P為0. 005
%。
第二步達(dá)到出鋼條件后出鋼合金化操作，預(yù)先在鋼包內(nèi)加入3.3t微Cr 合金與鋼包一起同時進行烘烤。出鋼到20t時開始加入175kg的SiAlFe，在 出鋼到30t時加入500kg MoFe和3.5t微Cr，最后加入造渣料石灰400kg 和淌道磚50kg (含Si。2為32%， A1A為48%)。
第三步鋼包就位LF后，測溫1562。C，首先加入石灰150kg調(diào)整渣系， 其后再加入100kg石灰，同時采用30kg SiFe粉渣面脫氧，造白渣，保證爐 渣有一定的發(fā)泡效果和流動性。當(dāng)升溫到1598t:后，開始分三批加入其余合 金，第一批30kgSiFe、 340kgMoFe、 30kg金屬Ni、 130kgVFe;第二批271kg 中CMn、 1000kg微C Cr;第三批加入1200kg微C Cr，調(diào)整成分進內(nèi)控。在 合金完全調(diào)整后開始進行底吹氮代替底吹氬攪拌，直到溫度達(dá)到吊包溫度 翻。C，分析終點氮含量為370ppm，吊包前加入60kg NbFe。
第四步到VD后，測溫取樣，溫度為1655'C，真空抽氣到66.7Pa真空 度，保持抽真空時間15min，鋼包底吹氬流量視攪拌情況控制在300NmVmin。
第五步破真空后進行吹氮合金化操作，切換氮氣攪拌，測溫159(TC， 定氫1. Oppm，取樣分析，根據(jù)分析結(jié)果中氮含量230卯m，調(diào)整氮氣流量300N m7min，進行吹氮合金化。當(dāng)?shù)獨庀牧窟_(dá)到llNm3時，取樣分析N含量 400ppm，停止吹氮氣。測溫溫度1565。C。
最后吊包澆注，鋼錠模、平板應(yīng)烘烤就位。中注管耐材使用ZrO涂料。 保護渣使用"7030改"保護渣。澆畢后8小時起吊，紅送軋鋼廠。
使用本發(fā)明解決了其它冶煉工藝造成的容易產(chǎn)生鋼材皮下氣泡和白點缺 陷的質(zhì)量問題，軋制以后質(zhì)量合格，完全能夠滿足鋼種性能要求，性能符合 用戶的需要。并且使用本工藝技術(shù)在60t和100t電爐+鋼包爐+真空精練都成 功冶煉了P91。通過本發(fā)明冶煉P91合金鋼提高了鋼材質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成 本。
權(quán)利要求
1. 一種高溫合金鋼P91的冶煉方法，其特征在于1)通過偏心底出鋼電弧爐熔化廢鋼；2)出鋼合金化操作出鋼過程中根據(jù)氧氣消耗量加入適量的SiAlFe和Al粒作脫氧劑，再加入MoFe和微Cr，最后加入造渣料；3)鋼包精煉分批加入石灰調(diào)整渣系，同時采用SiFe粉和C渣面脫氧，升溫后分批加入其余合金，調(diào)整成標(biāo)準(zhǔn)成分，再進行底吹氮直至溫度達(dá)到吊包溫度，分析終點氮含量，控制在400～500ppm；4)真空抽氣；5)破真空后切換氧氣攪拌，測溫/定氫/取樣分析，根據(jù)分析結(jié)果中氮含量，調(diào)整氮氣流量進行吹氮合金化，同時保證開澆溫度；6)澆注。
2. 如權(quán)利要求1所述的高溫合金鋼P91的冶煉方法，其特征在于步驟1) 中第二籃料通電熔化后，第二籃料熔清大于80%后吹氧助熔，所述氧量為 8 10mVt。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的高溫合金鋼P91的冶煉方法，其特征在于步驟 1)中出鋼溫度控制在1680 170(TC。
4. 如權(quán)利要求1所述的高溫合金鋼P91的冶煉方法，其特征在于在步驟2) 中預(yù)先在鋼包內(nèi)加入鋼水重量百分比5% 6%微Cr合金與鋼包一起同時進 行烘烤。
5. 如權(quán)利要求1或4所述的高溫合金鋼P91的冶煉方法，其特征在于在步 驟2)中出鋼量達(dá)到30。/。時開始加入SiAlFe和Al粒，SiAlFe鋼水重量百 分比為0. 25% 0. 33%， Al粒鋼水重量百分比為0. 11% 0. 13%。
6. 如權(quán)利要求5所述的高溫合金鋼P91的冶煉方法，其特征在于在步驟2) 中出鋼量達(dá)到50。/。時加入MoFe和微Cr，MoFe鋼水重量百分比為0. 5 0. 6%, 微Cr鋼水重量百分比為2% 3%，其中MoFe中Mo重量百分比含量為55%。
7. 如權(quán)利要求6所述的高溫合金鋼P91的冶煉方法，其特征在于在步驟2) 中所述造渣料為鋼水重量百分比0.67% 0.83%的石灰和0.08% 0. 1% 的淌道磚，淌道磚含Si02重量百分比為32%， Al2O3重量百分比為48%。
8. 如權(quán)利要求1所述的高溫合金鋼P91的冶煉方法，其特征在于在步驟3)中所述石灰為鋼水重量百分比為0. 17﹪ 0. 25﹪。
9. 如權(quán)利要求1或8所述的高溫合金鋼P91的冶煉方法，其特征在于在步 驟3)中其余合金是在升溫至1580℃ 1600℃后分2 3批加入。
10. 如權(quán)利要求9所述的高溫合金鋼P91的冶煉方法，其特征在于步驟3) 中所述吊包溫度為1670 1690℃。
11. 如權(quán)利要求10所述的高溫合金鋼P91的冶煉方法，其特征在于步驟3) 中還包括吊包前加入鋼水重量百分比為0. 1﹪ 0. 15﹪ NbFe。
12. 如權(quán)利要求1所述的高溫合金鋼P91的冶煉方法，其特征在于在步驟4) 中，保證在《66.7Pa真空度以下，抽真空時間》15min時，進行鋼包底吹 氬，流量根據(jù)攪拌情況控制在200 400m3min。
13. 如權(quán)利要求1所述的高溫合金鋼P91的冶煉方法，其特征在于在步驟5)中，所述氮氣流量為400 500m3min。
14. 如權(quán)利要求1或13所述高溫合金鋼P91的冶煉方法，其特征在于在步驟5)中當(dāng)?shù)獨庀牧窟_(dá)到10 12m3時取樣分析，開澆溫度為1565 1575 ℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫合金鋼P91的冶煉方法，采用電弧爐、鋼包爐和真空精煉設(shè)備進行組合冶煉，其步驟如下1)通過電弧爐熔化廢鋼；2)出鋼合金化操作；3)鋼包精煉；4)真空抽氣；5)吹氮合金化操作；6)澆注。本方法采用偏心底出鋼EAF+LF+VD工藝路線代替原有工藝路線，解決了原工藝渣量過大帶來的有害元素脫除困難問題，提高了冶煉質(zhì)量；采用吹氮合金化，代替澆注前添加合金增氮合金化，解決了冶煉末期添加合金雜質(zhì)污染鋼液的問題。本方法提高冶煉質(zhì)量的同時節(jié)省了合金，消除了原有冶煉工藝中存在的鋼錠皮下氣泡和白點缺陷，避免了在軋制和穿管過程中容易產(chǎn)生的管坯表面裂紋和內(nèi)表面裂紋現(xiàn)象。
文檔編號C22C33/00GK101205586SQ200610147658
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者劉軍占, 民 徐, 楊金明, 羅曉青, 陳錫民, 顧家強 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司