太钢VOD冶炼超纯铁素体工艺实践(0826)课件.ppt

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1、太钢VOD冶炼超纯铁素体不锈钢的工艺进步太钢技术中心孙铭山主要内容引言降低碳氮的理论分析降碳去氮的研究结果分析大生产采用的关键工艺技术效果一、引言铁素体不锈钢的概念具有体心立方结构；在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢；铬含量在10.5％-32％，碳含量≤0.2％；通过热处理不能使之强化。铁素体不锈钢的优点节约资源（与奥氏体钢相比不含或仅含少量镍）经济型（价格低且稳定）；优良的耐氯化物应力、点蚀和缝隙等局部腐蚀性能；强度高;冷加工硬化倾向低；导热系数为奥氏体不锈钢的1.3-1.5倍;线膨胀系数仅为

2、奥氏体不锈钢的60%-70%。一、引言一、引言铁素体不锈钢的缺点脆性转变温度高;室温、低温韧性差;缺口敏感性高；对晶间腐蚀敏感；加工性能差;焊接性差。降低钢中C、N含量。唯一解决办法一、引言碳和氮的有害作用晶间腐蚀在晶界上析出Cr23C6、Cr23(C，N)6和Cr2N等晶界裂纹晶界上连续析出上述化合物而引起晶界脆化，韧性变坏穿晶裂纹碳氮在晶粒内往位错上偏析或析出延性和韧性差碳氮间隙原子在晶体结构中成强制固溶态，使晶体结构歪扭，脆性转变温度向高温侧转移。点蚀晶间和晶粒内析出碳氮化合物成为点蚀源。一、

3、引言超纯铁素体不锈钢的概念是指碳、氮等间隙元素含量极低的铁素体不锈钢。C+N≤150ppm(120ppm-400ppm)；铬含量17-30％和钼含量0-4％的铁基铬钼合金；在任何温度下其金相组织呈铁素体晶体结构。性能优点在多种腐蚀环境中具有优良的腐蚀性（特别是抗应力腐蚀）具有良好的室温延性和冲击韧性；良好的加工性和焊接性；是一种大有发展前途的价廉的新型耐蚀结构功能材料。超低碳氮含量成为超纯铁素体不锈钢的本质特征。一、引言降低碳氮含量的难度超纯铁素体不锈钢含较高的铬和钼元素；大幅降低了钢液中元素碳、氮

4、的活度;增加了超纯铁素体不锈钢脱碳、脱氮的难度。元素CrMoCN降低钢中碳氮含量成为超纯铁素体不锈钢生产的关键技术。一、引言国外情况国内外不锈钢企业普遍采用VOD来冶炼超纯铁素体不锈钢；日本的不锈钢企业技术最为先进，开发了SS-VOD和VOD-PB等冶炼超低超纯铁素体不锈钢的技术，但也有发展了RH-OB和RH-KTB冶炼该类钢的企业。国内情况太钢从2004年首先采用VOD开发超纯铁素体不锈钢，到目前为止，已稳定大批量的生产出436L、439、441、444、443等超纯铁素体不锈钢，在VOD冶炼超纯

5、铁素体不锈钢的技术方面取得了很大的进步。一、引言太钢冶炼超纯铁素体不锈钢的工艺流程90tVOD方板坯连铸机90tLF90tK-OBM-S铁水预处理20tEAF二、降低碳氮的理论分析VOD脱碳和去氮的理论热力学分析3[Cr]+4[O]=Cr3O44[C]+4[O]=4CO↑合并得：Cr3O4(固)＋4[C]=3[Cr]+4CO↑措施提高钢液中碳的活度系数；增加氧化膜Cr3O4活度；增加反应温度；降低PCO。二、降低碳氮的理论分析机理分析VOD吹氧时高铬钢液脱氮的过程如下图所示：结论：在[C]＞0.1%

6、时，环节Ⅱ进行迅速，所以脱碳速度由第一步决定，即取决于给钢液的供氧量。在[C]＜0.1%时，脱碳速度取决于供给反应区的碳和氧化物状态。要增加反应速度，吹氧反应区的搅拌必须充分，以供持氧化物的活性（呈薄膜或液态）。Ｏ２Ｃｒ２Ｏ３ＣＯⅠⅡ［Ｃ］二、降低碳氮的理论分析VOD去氮理论分析热力学分析1／2N2＝［N］氮的溶解度随氮分压降低和氮在钢液中活度系数的降低而减少。机理分析1）钢液中的氮原子扩散到碳氧反应形成的CO微气泡液界面；2）在气液界面上：［N］＋［N］＝N2↑；3）氮分子扩散到气相中。1）脱氮与

7、脱碳量有关，脱碳过程中钢液内部产生大量CO气泡，由于CO气泡中氮分压很低，钢液中的溶解的[N]进入CO气泡内形成N2随CO气泡排除；2）降低PN2和增加底吹氩搅拌强度，可加快氮原子的传质，促进氮的去除。二、降低碳氮的理论分析VOD降碳、去氮的研究结果分析VOD降碳的研究结果分析1）真空脱碳精炼中的含碳量存在渐近于某一极限值的行为，即存在所谓的表观平衡值，所以在脱碳反应中存在什么样的界限是要考虑。2）在工业规模的普通钢真空精炼过程中，[C]、[O]浓度积相当于PCO=0.01-0.1atm水平时便终止

8、脱碳，在高铬钢中的表观PCO又稍微偏低。3）在提高真空的条件下，必须过氧化才能进一步降低终点碳含量。在文献中得出在其他条件不变的情况下，VOD吹氧脱碳末期，必须维持超过5NM3/hr·t的吹氧速度才能达到理想的低碳含量。4）只有在吹氧区域底吹氩气强烈搅拌的条件下，才能够选择小于5NM3/hr·t的吹氧速度。这是由于强烈的吹氩搅拌钢液阻止了吹氧区域钢液面氧化膜的凝聚，并且当碳含量降至约100ppm时，可通过搅拌液渣下的钢液，把碳含量脱到极低的水平。二、降低碳氮的理论分析