[發明專利]一種改善超級奧氏體不銹鋼凝固組織的方法

有效

• 申請號: 202210694693.3
• 申請日: 2022-06-20
• 公開（公告）號: CN115058632B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 姜周華;張樹才;李花兵;禹江濤;馮浩;朱紅春;鄭立春;錢書文
• 申請（專利權）人: 東北大學;遼寧省沈撫改革創新示范區東大工業技術研究院
• 主分類號: C22C33/04
• 分類號: C22C33/04;C21C7/00;C21C7/06;C21C7/072
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 范冬冬

本發明提供了一種改善超級奧氏體不銹鋼凝固組織的方法，屬于合金材料技術領域。本發明在硼稀土合金化的過程中利用稀土元素并嚴格控制其用量將鋼液中的夾雜物轉變為細小且能在鋼液中穩定存在的稀土夾雜；采用大流量二次底吹氮氣并控制底吹時間的方式充分攪拌鋼液，使稀土夾雜盡可能留在鋼液中的同時，減少其碰撞聚集長大的時間，使有效形核夾雜物占比控制在30％以上，使得更多細小的稀土夾雜可留在鋼液中，其非均質形核作用顯著增強，進一步改善凝固組織；分段冷卻中先通過大水流量使稀土夾雜誘導奧氏體和σ相的形核進一步促進，后采用小水流量讓硼充分在奧氏體和σ相界處偏析，進一步改善凝固組織。

技術領域

本發明涉及合金材料技術領域，尤其涉及一種改善超級奧氏體不銹鋼凝固組織的方法。

背景技術

超級奧氏體不銹鋼是一種合金(Cr、Ni、Mo等)含量較高的鋼種，具有優異的耐腐蝕性能和良好的綜合力學性能，其在煙氣脫硫、垃圾焚燒、海水淡化等領域具有廣泛的應用前景。然而，超級奧氏體不銹鋼中極高的合金含量導致其在凝固過程中元素偏析十分嚴重(尤其是Mo偏析)，且在富Mo的枝晶間區域會析出大量σ相等硬脆金屬間相。嚴重的偏析與析出會顯著降低超級奧氏體不銹鋼的組織均勻性和成分均勻性，急劇惡化熱加工性能，導致其在熱鍛或熱軋過程中極易開裂。因此，探索改善凝固組織、減輕元素偏析與析出的方法，對于保證超級奧氏體不銹鋼的高品質、穩定生產至關重要。

目前，改善凝固組織的有效手段有粉末冶金和電磁攪拌等。粉末冶金是先將鋼液用高壓氮氣霧化等方法制成粉末，然后將粉末裝入包套內，在壓力下冷等靜壓制，繼而高溫下熱等靜壓致密化成材。這種方法雖然可以制得偏析較小且析出較少的不銹鋼材料，但是生產工藝復雜，產量較小，并且難以解決成品中含有氣孔的問題。電磁攪拌是利用電磁感應產生的作用力來推動鋼液做有規律地運動，通過旋轉吹刷凝固前沿的柱狀晶和降低凝固前沿鋼液的溫度，達到改善凝固組織的目的。然而，此方法生產工藝繁瑣、生產設備復雜，且成本高昂，制約了其廣泛應用。除上述方法外，還可對鑄錠進行高溫均質化方法改善熱加工前的鑄態組織。然而，超級奧氏體不銹鋼高溫均質化所需的溫度較高(1240～1280℃)，且保溫時間較長(16～24h)，能耗極高。此外，超級奧氏體不銹鋼在高溫均質化過程中，晶粒會快速長大，且因鉬元素揮發劇烈，存在嚴重的高溫氧化問題。

因此，如何簡化超級奧氏體不銹鋼的生產工藝且能夠改善超級奧氏體不銹鋼的組織結構，成為本領域亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種改善超級奧氏體不銹鋼凝固組織的方法，本發明提供的方法工藝簡單，無需進行長時間高溫處理，且有效改善了超級奧氏體不銹鋼凝固組織，提高了其加工性能。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種改善超級奧氏體不銹鋼凝固組織的方法，包括以下步驟：

(1)將合金原料熔煉后得到合金熔體；

(2)對所述步驟(1)得到的合金熔體依次進行氮合金化和脫氧，得到超級奧氏體不銹鋼熔體；

所述氮合金化包括：向所述合金熔體中加入氮化鉻和一次底吹氮氣；所述一次底吹氮氣的壓力為二次底吹氮氣壓力的50％～60％，所述一次底吹氮氣的流量為0.06～0.30Nm³/h；

所述脫氧使用的脫氧劑為鋁；

(3)向所述步驟(2)得到的超級奧氏體不銹鋼熔體中加入硼稀土鎂合金粉末進行深脫氧和硼稀土合金化，同時進行二次底吹氮氣，得到改進超級奧氏體不銹鋼熔體；所述二次底吹氮氣的壓力為0.07～0.12MPa，所述二次底吹氮氣的氮氣流量為0.12～0.60Nm³/h，所述二次底吹氮氣的時間≤3min；