阅读说明：本技术 一种电炉初炼低磷15-5ph不锈钢母液及其冶炼方法 (Electric furnace primary smelting low-phosphorus 15-5PH stainless steel mother solution and smelting method thereof ) 是由 钱德桥 钱强 常立忠 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种电炉初炼低磷15-5PH不锈钢母液及其冶炼方法,属于金属冶炼技术领域；本发明电炉初炼的15-5PH不锈钢母液中P含量可以控制到0.015％以下,为后续冶炼出低P15-5PH不锈钢创造条件；通过将渣料和废钢加入至电炉中通电熔化,熔化后再加入渣料,渣料熔化后再加入合金料,进一步加热保温后进行出钢；其中渣料包括石灰和萤石,渣料加入至电炉前其表面采用雾化加湿处理；本发明通过上述工艺以及渣料表面的雾化加湿处理,使得在后续电炉冶炼过程中改善钢液中物化反应条件,促进钢液中P元素的降低,同时有利于钢液中O、N、H等杂质的去除。(The invention discloses an electric furnace primary smelting low-phosphorus 15-5PH stainless steel mother liquor and a smelting method thereof, belonging to the technical field of metal smelting; the P content in the 15-5PH stainless steel mother liquor primarily smelted by the electric furnace can be controlled to be below 0.015 percent, so that conditions are created for subsequently smelting low P15-5PH stainless steel; adding slag and scrap steel into an electric furnace, melting by electric conduction, adding the slag after melting, adding alloy material after melting the slag, further heating and preserving heat, and then tapping; wherein the slag material comprises lime and fluorite, and the surface of the slag material is subjected to atomization and humidification treatment before the slag material is added into the electric furnace; through the process and the atomization and humidification treatment on the surface of the slag charge, the physicochemical reaction condition in the molten steel is improved in the subsequent electric furnace smelting process, the reduction of the P element in the molten steel is promoted, and meanwhile, the removal of O, N, H and other impurities in the molten steel is facilitated.)

一种电炉初炼低磷15-5PH不锈钢母液及其冶炼方法

技术领域

本发明属涉及金属冶炼技术领域，更具体地说，涉及一种电炉初炼低磷15-5PH不锈钢母液及其冶炼方法。

背景技术

15-5PH是一种强度韧性匹配良好、耐蚀性能较为优异的沉淀硬化不锈钢，在航空、航天、舰船等领域应用十分广泛；其在航空领域内作紧固件等关键部件，为了获得良好的综合性能尤其是抗疲劳性能，在目前的冶炼过程中，通过不同治炼方法控制钢中夹杂物和降低O、N、H气体元素的含量，来提高钢的综合性能。治炼工艺对钢的洁净度和夹杂物有非常重要的影响。电弧炉(EAF)+真空吹养脱碳(VOD)+真空自耗(VAR)相比较于真空感应(VIM)+真空自耗(VAR)的双真空冶炼工艺成本较低，目前被广泛应用，但是在电炉冶炼过程中难以有效控制P的含量，导致后续冶炼过程也难以将P含量降下来。

经检索，公开专利“一种超级马氏体不锈钢及其制造工艺”(公开号：CN109811253A)，该专利公开的制造工艺包括冶炼、铸锭或铸锭开坯、热轧、轧后热处理并酸洗步骤；冶炼步骤具体为：采用真空感应炉、真空感应炉与电渣重熔、电炉与炉外精炼、转炉与炉外精炼中的任一种冶炼除稀土元素以外的其他组分，出钢浇铸前加入稀土元素，浇铸温度控制在1500-1650℃。虽然该不锈钢具有较好的性能，但是该过程仍然无法对P含量进行有效控制。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于针对目前15-5PH不锈钢电炉冶炼工序中P含量难以有效控制的技术问题，提供一种电炉初炼低磷15-5PH不锈钢母液及其冶炼方法，通过电炉初炼过程中工艺控制以及渣料预处理，实现电炉冶炼工序P含量的降低。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种电炉初炼低磷15-5PH不锈钢母液，电炉冶炼后得到的不锈钢母液成分为：C＝0.1-0.15％，Mn＝0.30-0.50％，Cu＝2.80-3.50％，Ni＝4.00-4.5％，Cr＝14.0-14.80％， Nb＝0.25-0.35％，P≤0.015％，S≤0.008％，其余为Fe和杂质。

本发明的一种电炉初炼低磷15-5PH不锈钢母液的方法，将渣料和废钢加入至电炉中通电熔化，熔化后再加入渣料，渣料熔化后再加入合金料，进一步加热保温后进行出钢；其中渣料包括石灰和萤石，渣料加入至电炉前其表面采用雾化加湿处理。

优选地，渣料雾化水加入比例为其重量的为1～5％。

优选地，具体步骤为：

步骤一、首先在电炉内将造渣料与废钢分层堆放，废钢占总入炉金属料的3/4；

步骤二、通电熔化；

步骤三、熔化完成后，将渣料扒除干净，脱氧处理，再加入渣料，待渣料完全熔化后，再加入合金料；

步骤四、进一步加热保温，待成分、温度合格以后即可出钢，转入精炼流程。

优选地，步骤一中，先在炉底铺入石灰和氧化铁皮，再加入占废钢总量3/12-5/12的废钢，然后再加入萤石，然后再加入占废钢总量3/12-5/12的废钢，再加入电解铜和电解镍，再加入石灰和轧钢氧化铁皮，最后加入剩余的废钢。

优选地，步骤一中，加入的石灰量占废钢重量比的3-4％，萤石占废钢重量比的0.5-1.0％，氧化铁皮占废钢重量比的0.5-1.0％。

优选地，步骤二中，废钢熔化后温度保持在1580-1600℃之间，保持30-45min；在保温过程中每4-6min向渣中加入萤石粉加氧化铁皮的混合物，萤石粉加氧化铁皮的质量比为1:(0.8-1.2)，加入量为0.5-0.8kg/吨钢。

优选地，步骤三中，渣料扒除干净后，向钢液中放入铝块，加入量为0.75-1.25kg/吨钢；再加入渣料，渣料中石灰与萤石的重量比例为(3.2-4.5):1，渣料加入总重量为钢水重量的1.6-2.4％。

优选地，步骤三中，待渣料完全熔化后，依次加入合金料低碳铬铁(FeCr65C0.5)、铌铁(FeNb50)和碳锰铁(FeMn84C0.7)。

优选地，步骤四中，加热至1650-1680℃，并保持时间不少于40min，同时向渣面上加入铝粒和萤石粉的混合物，铝粒的加入量为1.0-2.0kg/吨钢，萤石粉的加入量为3.5-4.5kg/ 吨钢；铝粒和萤石粉的混合物每隔3-5min加入一次。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

本发明的一种电炉初炼低磷15-5PH不锈钢母液及其冶炼方法，电炉初炼的15-5PH不锈钢母液中P含量可以控制到0.015％以下，为后续冶炼出低P15-5PH不锈钢创造条件；通过将渣料和废钢加入至电炉中通电熔化，熔化后再加入渣料，渣料熔化后再加入合金料，进一步加热保温后进行出钢；其中渣料包括石灰和萤石，渣料加入至电炉前其表面采用雾化加湿处理；通过上述工艺以及渣料表面的雾化加湿处理，使得在后续电炉冶炼过程中改善钢液中物化反应条件，促进钢液中P元素的降低，同时有利于钢液中O、N、H等杂质的去除。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；而且，各个实施例之间不是相对独立的，根据需要可以相互组合，从而达到更优的效果。因此，以下对实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一种电炉初炼低磷15-5PH不锈钢母液的方法，将渣料和废钢加入至电炉中通电熔化，熔化后再加入渣料，渣料熔化后再加入合金料，进一步加热保温后进行出钢；其中渣料包括石灰和萤石，渣料加入至电炉前其表面采用雾化加湿处理。渣料雾化水加入比例为其重量的为1～5％。

具体步骤为

步骤一、首先在电炉内将造渣料与废钢分层堆放，废钢占总入炉金属料的3/4；先在炉底铺入石灰和氧化铁皮，再加入占废钢总量3/12-5/12的废钢，然后再加入萤石，然后再加入占废钢总量3/12-5/12的废钢，再加入电解铜和电解镍，再加入石灰和轧钢氧化铁皮，最后加入剩余的废钢；加入的石灰量占废钢重量比的3-4％，萤石占废钢重量比的 0.5-1.0％，氧化铁皮占废钢重量比的0.5-1.0％。

步骤二、通电熔化；废钢熔化后温度保持在1580-1600℃之间，保持30-45min；在保温过程中每4-6min向渣中加入萤石粉加氧化铁皮的混合物，萤石粉加氧化铁皮的质量比为1:(0.8-1.2)，加入量为0.5-0.8kg/吨钢。

步骤三、熔化完成后，将渣料扒除干净，脱氧处理，再加入渣料，待渣料完全熔化后，再加入合金料；渣料扒除干净后，向钢液中放入铝块，加入量为0.75-1.25kg/吨钢；再加入渣料，渣料中石灰与萤石的重量比例为(3.2-4.5):1，其中渣料加入总重量为钢水重量的1.6-2.4％。待渣料完全熔化后，依次加入合金料低碳铬铁(FeCr65C0.5)、铌铁(FeNb50) 和碳锰铁(FeMn84C0.7)。

步骤四、进一步加热保温，待成分、温度合格以后即可出钢，转入精炼流程。具体的加热至1650-1680℃，并保持时间不少于40min，同时向渣面上加入铝粒和萤石粉的混合物，铝粒的加入量为1.0-2.0kg/吨钢，萤石粉的加入量为3.5-4.5kg/吨钢；铝粒和萤石粉的混合物每隔3-5min加入一次。

本发明通过上述步骤制得的15-5PH不锈钢母液，电炉冶炼后得到的不锈钢母液成分为：C＝0.1-0.15％，Mn＝0.30-0.50％，Cu＝2.80-3.50％，Ni＝4.00-4.5％，Cr＝14.0-14.80％， Nb＝0.25-0.35％，P≤0.015％，S≤0.008％，其余为Fe和杂质。

使用上述电炉初炼低磷15-5PH不锈钢母液的方法制备15-5PH不锈钢电渣锭，将炼钢原料在电炉中进行第一次电炉冶炼，一次电炉冶炼出钢后进行第一次LF精炼，一次LF精炼后查钢后进行VOD精炼，VOD精炼后出钢再进行第二次电炉冶炼，第二次电炉冶炼后出钢再进行第二次LF精炼，二次LF精炼后进行VD真空精炼，然后钢水进行浇铸，浇铸后铸坯进行-电渣重熔，制得15-5PH不锈钢电渣锭成品。

另外，而传统冶炼工艺中，VOD完成以后，不扒渣，直接进LF加热、加还原剂冶炼，因此渣中的TiO₂又被还原，使钛进入钢中，从而提高钢中的钛含量。如果要降低钢水中的钛含量，必须在VOD之前的合金化过程中加入含钛量极低的合金，而这样又造成生产成本的增加。传统的冶炼工艺中，从LF直到结束，钢包中的渣料没有换过，因此当渣中的硫含量达到一定程度时，不再具备脱硫能力。而在本专利中，在经过VOD后实现钢渣分离，并在电炉内重新造渣，大大提升了炉渣的脱硫能力。

传统的冶炼工艺中，VOD冶炼技术后，在LF中进一步加热、还原、合金化等，因此 LF钢包底吹气量一般比较大，特别是“渣眼”(即渣中中裸露钢水的地方)存在，使空气跟钢水接触，不可避免的造成钢液增氧、增氢、增氮。

而在本专利中，VOD结束后，将钢水放入电炉中，在电炉内重新造渣，并完成合金化，然后在进入LF炉中。在LF炉中仅仅使钢水升温及夹杂物去除，此时LF钢包底吹气量很小，仅仅渣面微微波动，钢水不裸露，避免了跟空气的接触，从而防止了增氧、增氢、增氮。

经过VOD吹氧脱碳精炼以后，不仅仅碳被氧化掉，而且易氧化元素、特别是Ti被大量氧化为TiO₂进入渣中，钢中的钛含量极低。

经过VOD吹氧脱碳精炼以后，将钢水由钢包滑动水口放入电炉中，最后将含TiO₂含量较高的钢渣在留钢包内，实现钢渣分离，然后在电炉中重新造新渣，其中的TiO₂含量很低，从而避免了渣中TiO₂向钢水的过渡。

所制得15-5PH不锈钢电渣锭成品成分如下：C＝0.02-0.06％，Si＝0.20-0.50％，Mn＝0.30-0.80％，Cu＝2.80-4.20％，Ni＝4.00-5.30％，Cr＝14.50-15.50％，V＝0.08-0.15％， Nb＝0.30-0.43％，Al＝0.02-0.04％；杂质元素含量如下：Ti≤0.0015％，S≤0.0010％，P≤0.015％， T.O≤0.0018％，N＝0.015-0.025％，H≤0.0002％。

钢中的氮含量可以控制在0.015-0.025％。钢水进LF精炼之前，钢中碳含量控制在0.15-0.20％，确保VOD吹氧脱碳过程氮含量也随之下降至合理水平，而不至于太低，也不会太高。在第二次LF精炼阶段，由于钢水不裸露，因此增氮较少。在VD精炼过程，氮含量降低10-20％。由于保护浇铸，在浇铸及电渣重熔阶段，氮含量基本保持不变。通过以上工艺，电渣锭中氮含量可控制在0.015-0.025％的区间。

第一次电炉精炼后期炉渣转白，硫含量大大降低，同时将硫含量较高的炉渣去除；第一次LF精炼过程，充分的白渣精炼，硫含量进一步降低，且在VOD之前将含硫渣充分扒除，避免了回硫。再经过第二次电炉冶炼、LF精炼、VD精炼，钢中的硫含量进一步降低。最后，经过电渣重熔以后，硫含量可稳定的控制在0.001％以下。

第二次电炉冶炼过程，保持白渣20min以上，有效的降低了钢中的氧含量。在第二次 LF精炼过程继续白渣精炼，由于不加入任何合金或渣料，减少了外来的氧；底吹气以钢包渣面微微波动为主，钢水不裸露，减少了空气的二次污染，因此经过第二次LF精炼后氧含量进一步降低。VD精炼过程，由于夹杂物的上浮，导致氧含量再次降低。

具体电渣锭生产步骤为：

S1、第一次电炉冶炼：以普通废钢、15-5PH返回料和铁合金为主要原料，进行熔化、初炼后，钢水倒入钢包，准备第一次LF精炼；第一次电炉冶炼过程中首先加入普通废钢 (碳钢)，不低于总入炉料的1/2。渣料为石灰和萤石粉的混合物。萤石粉在加入之前，需要在其表面采用雾化加湿处理，雾化水加入比例为1～5％。吨钢渣料20-30kg；加入比例石灰粉：萤石＝3:1～4:1；石灰颗粒20～50mm，Cao％≥96％；萤石为粉剂，小于100目, CaF₂％≥98％；

完全熔化后，将炉渣扒除干净，重新造渣，吨钢渣料15-20kg/t。再加入15-5PH返回料及铁合金调整成分；

出钢之前，将钢中Cu、Ni、Nb、Cr、Mn调整至成分范围下限；P≤0.015％；Si、V不做调整；Al＝0.06～0.08％；C＝0.1～0.15％。成分达到目标要求后，将炉渣扒清、出钢，出钢温度为1600-1650℃。

S2、第一次LF精炼：调整钢水成分、温度；第一次LF精炼过程中，精炼过程加入石灰和萤石粉，吨钢渣料10-15kg；石灰粉：萤石＝3:1～4:1。渣料随电炉出钢过程加入1/2，另外1/2在LF炉加完；LF精炼过程，碳含量进一步调整至0.15-0.20％；Cu、Ni调整至目标成分范围，Nb、Mn仍然保持下限，Cr调整至成分范围上限，其它成分不做调整；LF 精炼过程50～60min，出钢温度≥1670℃。

S3、VOD精炼：吹氧脱碳，降低钢水碳含量；VOD精炼过程中，真空吹氧精炼；真空吹氧时间30min，吹氧结束后静置20min，破真空。精炼完成后C≤0.02％。

S4、第二次电炉冶炼：将VOD精炼完成的钢水转入电炉，实现钢-渣分离，并在电炉中重新造渣、调整成分；第二次电炉冶炼过程中，首先将真空吹氧完成的钢水放入电炉，并彻底钢渣分离。然后迅速向电炉中加入炉渣，要求成渣后渣中TiO₂含量≤0.15％；电炉冶炼过程连续进行扒渣、补渣操作，直到渣子变白，并保持20min，即可出钢，出钢温度1600-1650℃。出钢之前，除Al以外，所有成分进入目标成分；Al＝0.1-0.12％。出钢之前不扒渣，钢渣混出。

S5、第二次LF精炼：调整温度，白渣精炼，成分不予调整；在第二次LF精炼过程中，除了加热以外，LF炉内不加入任何合金或渣料。精炼过程钢包底吹气量以钢包渣面微微波动为主，钢水不裸露。精炼时间30min-40min，钢水温度达到1670℃时精炼完成。

S6、VD精炼：真空精炼，进一步降低钢中的气体其夹杂物含量；

S7、浇铸：保护浇铸成电极棒；

S8、电渣重熔：对电极棒进一步精炼。

实施例

本实施例的一种15-5PH不锈钢电渣锭的制备方法，采用的工艺流程为:第一次电炉冶炼-第一次LF精炼-VOD精炼-第二次电炉冶炼-第二次LF精炼炉-VD真空精炼-保护浇铸- 电渣重熔。具体制备步骤如下：

(1)第一次电炉冶炼过程。首先加入普通废钢(碳钢)，不低于总入炉料的1/2。渣料为石灰和萤石粉的混合物。萤石粉在加入之前，需要在其表面采用雾化加湿处理，雾化水加入比例为1～5％。吨钢渣料20-30kg；加入比例石灰粉：萤石＝3:1～4:1；石灰颗粒20～50mm，Cao％≥96％；萤石为粉剂，小于100目,CaF₂％≥98％。

完全熔化后，将炉渣扒除干净，重新造渣，吨钢渣料15-20kg/t。再加入15-5PH返回料及铁合金调整成分。

出钢之前，钢水成分按照如下控制：Al＝0.06-0.08％、C＝0.1-0.15％、Cu＝2.80-3.10％、 Ni＝3.8-4.2％、Nb＝0.15-0.20％、Cr＝13.0-14.0％、Mn＝0.2-0.3％、P≤0.015％；Si、V不做调整。成分达到目标要求后，将炉渣扒清、出钢，出钢温度为1600-1650℃。

(2)第一次LF精炼。第一次LF精炼。精炼过程加入石灰和萤石粉，吨钢渣料10-15kg；石灰：萤石＝3:1～4:1。渣料随出钢过程加入1/2，另外1/2在LF炉加完。

LF精炼过程，碳含量进一步调整至0.15-0.20％；Cu＝3.1-4.0％、Ni＝4.2-5.0％、Nb＝0.15-0.20％、Cr＝15.0-15.0％、Mn＝0.2-0.3％；其它成分不做调整。

LF精炼过程50～60min，出钢温度≥1670℃。

(3)VOD精炼。真空吹氧时间30min，吹氧结束后静置20min，破真空。精炼完成后C≤0.02％。VOD炉内除真空下吹氧以外，不添加任何合金和渣料。

(4)第二次电炉冶炼。将VOD冶炼完成的钢水倒入电炉，并彻底钢渣分离。然后迅速向电炉中加入炉渣，成渣后渣中TiO₂含量≤0.15％。

电炉冶炼过程连续进行扒渣、补渣操作，直到渣子变白，并保持20min，即可出钢，出钢温度1600-1650℃。出钢之前，除Al以外，所有成分进入目标成分。Al＝0.10-0.12％。出钢之前不扒渣，钢渣混出。

(5)第二次LF精炼。除了加热以外，LF炉内不加入任何合金或渣料。精炼过程钢包底吹气量以钢包渣面微微波动为主，钢水不裸露。精炼时间30min-40min，钢水温度达到1670℃，精炼完成。

(6)VD真空精炼。高真空下保持30-40min。

(7)浇铸：保护浇铸成电极棒；

(8)电渣重熔：对电极棒进一步精炼。

本实施例的制备方法进行冶炼，电渣锭的化学成分如表1所示，杂质元素及气体含量如表2所示：

表1化学成分含量表

C/％	Si/％	Mn/％	Cr/％	Cu/％	Ni/％	Nb/％	V/％	Al/％
									0.035	0.38	0.48	15.10	3.16	4.62	0.37	0.095	0.024

表2杂质元素及气体含量

P/％	S/ppm	Ti/ppm	O/ppm	N/ppm	H/ppm
						0.014	8	13	18	230	1.6

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、(例如各个实施例之间的)组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例，而且本发明的各个实施例之间可以根据需要进行组合。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。