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超纯铁素体不锈钢冶炼分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-01-28  浏览次数:11 选择视力保护色:

[摘要]中华不锈钢网最新消息报道:薄型钢结构防火涂料是指涂层厚度大于3mm,小于等于7 mm,有一定装饰效果,高温时膨胀增厚,耐火极限在

中华不锈钢网最新消息报道:薄型钢结构防火涂料是指涂层厚度大于3mm,小于等于7 mm,有一定装饰效果,高温时膨胀增厚,耐火极限在2 h以内的钢结构防火涂料。薄型钢结构防火涂料一般是用合适的水性聚合物作基料,再配以阻燃剂复合体系、防火添加剂、耐火纤维等组成,其防火原理同超薄型。 对这类防火涂料,要求选用的水性聚合物必须对钢基材有良好的附着力、耐久性和耐水性。其装饰性优于厚型防火涂料,逊色于超薄型钢结构防火涂料,一般耐火极限在2h以内。因此常用在小于2h耐火极限的钢结构防火保护工程中,常采用喷涂施工。在一个时期占有很大的比例,但随着超薄型钢结构防火涂料的出现,其市场份额逐渐被替代。
  
  高强度钢板一般都是通过添加诸如C、Si、Mn和P这类固一溶强化元素和Ti、Nb这类沉淀强化元素生产的,在生产工艺中,这两种方法都要适当控制添加量和显微组织。但是,合金元素会严重影响钢的镀锌性能(与熔融锌的浸润性和Fe-Zn合金的反应)。例如,在添加Si和Mn这类对氧具有较强亲和力的元素时,在进入锌池之前的退火期间,钢板皮下层会形成氧化物,结果是钢板表面与熔融锌的浸润性变差,导致无镀层这种质量缺陷。在生产镀锌退火钢板时,这种氧化物还会阻碍Fe-Zn合金的反应,使产品的耐蚀性、浸润性及其它性能变差。在热浸镀锌预处理时,防止出现这些问题的措施是控制Si和Mn添加量不超过规定的上限,并且用Ni或同类元素进行电镀。
  
  2.试验方法
  
  试验中所用钢板化学成分。采用真空冶炼法冶炼并在试验轧机上进行热轧(开始轧制温度1230℃,终轧温度900℃,卷取温度720℃)和冷轧(厚度从4mm轧到0.8mm),制备了叫(Si)和(Mn)分别大于10A的基本钢和根据基本钢化学成分开发的含Ni和Cu钢。镀锌试验用的试件取自无氧化炉(NOF)和辐射管炉(RF)试验热浸镀锌线生产的钢板。
  
  3.试验结果
  
  3.1Ni和Cu的添加以及热浸镀锌浸润性的变化
  
  基本钢(没有Ni或Cu的si-Mn钢)和开发钢(有Ni和Cu的Si-Mn钢)镀锌钢板的表面形貌。在基本钢试样的整个表面上实际上都散布着尺寸大约为1lnm的未镀层斑点,这与传统的情况是一致的。与此相反,在开发的钢板上则没有发现未镀层斑点,而且浸润性良好。这表明,对Si-Mn钢而言,加Ni和Cu可以改善锌液的浸润性,防止未镀层的出现。
  
  3.2Ni和Cu的添加与合金化反应速度的变化
  
  基本钢和开发钢镀锌板在500℃下保温15S后Fe-Zn合金层的厚度。合金层由8相组成。可以清楚地看出,开发钢的合金层厚度比基本钢的厚一些。这表明,Si-Mn钢添加Ni和Cu可以加速Fe-Zn合金化反应。
  
  3.3Ni和Cu的添加与退火期间形成氧化物形态的变化
  
  中华不锈钢网最新消息报道:在基本钢试样中,Si和Mn的氧化物在钢基和纯铁层(在氧化和还原过程中形成)之间形成一层薄膜,覆盖着钢基。另一方面,在开发钢试样上,钢基和纯铁层之间的Si/Mn氧化物形成的薄膜不是连续的,而是断续的碎片。而且还注意到,开发钢的钢基内侧微细球状氧化物(内部氧化物)颗粒量比基本钢的大一些。还进一步发现。尽管基本钢和开发钢的热处理情况相同,但基本钢的纯铁层(在氧化和还原过程中形成皮下层)的厚度比开发钢的薄一些。
  
  4.讨论
  
  Si-Mn钢中添加Ni和Cu导致钢板表面附近氧化/还原的差别可以归纳如下:
  
  (1)添加Ni和Cu可以枉层形成Si/Mn氧化物薄膜,而且薄膜厚度很小;
  
  (2)添加Ni和cu可以加速内部氧化硅的形成;
  
  (3)添加Ni和Cu可以增加氧化铁(FeO)层的厚度,这种氧化铁是在氧化之后的还原过程中形成的。
  
  根据上述研究从添加Ni和Cu的Si-Mn钢中推导得出的。对于含有Si和Mn的基本钢而言,在进入锌池之前退火期间,在皮下层形成了薄膜型的si/Mn氧化物。但对于含有Ni和Cu的开发钢而言,除此之外,皮下Si/Mn氧化物为断续的片。而且在钢基内部形成无定形的Si内部氧化物。另外,在还原过程中开发钢皮下层形成纯铁层的厚度较厚,而Si/Mn氧化物层的厚度较薄。然而在基本钢方面,在镀锌期间,钢基与熔融锌之间的合金化反应是受阻的,由于有些部位的纯铁层很薄,si/Mn氧化物薄膜很厚,从而导致未镀层点的出现。
  
  另一方面,含Ni和Cu(Si和Mn除外)的开发钢其纯铁层较厚,而Si/Mn氧化物薄膜较薄而且是片状的,所以在浸入到熔融锌池期间合金化反应容易进行。也就是说,向SiMn钢中添加Ni和Cu可以使进入锌池前退火期间皮下层形成的氧化物形状发生变化,从而使钢板的镀锌得到改善。此外,在开发钢中,皮下层内Mn浓度明显降低似乎可以表明一种可能性,即皮下层形成Si/Mn氧化物的化学成分不同于基本钢的。但在目前的研究中尚未发现明显的差别。
  
  不锈钢的开发与应用受到国内外的广泛重视,其主要原因是:(1)Ni资源严重短缺,Ni价格波动幅度较大,导致300系列不锈钢的生产成本大幅上升,而且原材料供应没有保证;(2)随着生产设备和技术进步,可以生产出性能优异的铁素体不锈钢,替代300系列的一些品种;(3)含Ni不锈钢对人体有一定危害,如对皮肤有过敏反应等。
  
  超纯铁素体不锈钢冶炼工艺
  
  极低的C、N含量是超纯铁素体不锈钢最显著的特征,而深度脱碳和脱氮也成为超纯铁素体不锈钢冶炼的核心技术所在。
  
  目前,国内外许多学者认为超纯铁素体不锈钢的冶炼要采用电弧炉+(AOD、K-OBM、MRP)脱碳+(VOD、SSVOD、VODPB、RHOB、RHKTB)真空精炼三步法工艺。因为两步法(初炼炉+二次精炼)中的AOD在大气压下冶炼,存在着低碳范围内的脱碳问题,不利于经济地生产超低碳氮不锈钢。但是太钢曾用两步法(AOD)冶炼铁素体不锈钢,其中C、N含量的情况见表1.
  
  中华不锈钢网最新消息报道:国内外三步法冶炼超纯铁素体不锈钢的工艺路线中,VOD及其延伸工艺如SSVOD、VODPB,给AOD加上真空功能的VCR等精炼设备,在超纯铁素体不锈钢的冶炼过程中发挥着重要作用。不论设备上是采用真空、强搅拌、还是喷吹氧化剂,它们都是通过改善低碳区脱碳的动力学条件,在深脱碳的同时促进脱氮的进行。 SSVOD法是在吹炼的第1阶段进行通常的VOD操作,在[C]≤0.01%的第2阶段提高真空度,吹氩进行强搅拌促进脱碳和脱氮的方法。传统VOD法的降碳、氮效果均以0.005%(甚至0.01%)为界,而SSVOD法采用多个包底透气砖或者是Φ2~4mm不锈钢管吹氩,氩气流量可由40~150L/min增大到1200~2700L/min.日本川崎西宫厂用50tSSVOD设备精炼17%Cr铁素体不锈钢时,底吹氩流量达1000L/min(常规VOD为100~300L/min),生产出了[C+N]≤100×10-6的超高纯铁素体不锈钢。
  
  VODPB法是日本住友金属公司开发的,是在真空精炼过程中利用喷枪向钢水表面喷吹铁矿石、锰矿石等氧化剂,可在高碳区促进脱氮反应,在低碳区促进脱碳。用此法冶炼19%Cr和29%Cr铁素体不锈钢时,钢中[C+N]分别达到37×10-6、60×10-6.
  
  VCR(VacuumConverterRefiner)法是基于AOD法在大气压下深脱碳受到限制而发展起来的,1991年日本大同特殊钢公司利用AODVCR工艺生产了13%Cr和20%Cr铁素体不锈钢,钢中氮含量可分别达到(20~40)×10-6和(70~90)×10-6的极低水平。该工艺的实质就是给AOD精炼炉加上真空设备。它充分利用AOD的强搅拌和VCR的真空技术,在低碳范围内改善脱碳效率。在精炼过程中,当[C]≥0.10%时,通常与AOD法相同,利用稀释气体(Ar或N2)进行脱碳;当[C]≤0.10%时,利用真空进行脱碳,真空度在(10~50)×133Pa.实际操作表明:低碳区的表观脱碳速度常数,VCR法是AOD法的2倍,况且用VCR法不需要高真空度,在较短的时间内(一般处理时间为10~20min),能够使终点碳达到较低值。
  
  综合比较这3种精炼法的效果见表2.在VOD冶炼结束时,[N]有相当大的回升。所以,除了加强深脱碳、脱氮外,还要强调密封,防止吸N2.
  
  不同精炼工艺冶炼超纯铁素体不锈钢中C、N含量和主要效果
  
  中华不锈钢网最新消息报道:现代铁素体不锈钢,尤其是超纯铁素体不锈钢,由于具有合金含量低,耐氯化物应力腐蚀性好等优点,是节镍钢种的理想选择。我国生产的不锈钢以奥氏体系列为主,铁素体系列产量很低,而且品种结构单一,主要是430系列,应大力发展铁素体系列不锈钢。高真空、强搅拌和喷吹氧化剂是超纯铁素体不锈钢冶炼的有效措施。

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