含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢及其冶炼方法
阅读说明：本技术 含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢及其冶炼方法 (low-silicon low-aluminum martensitic stainless steel containing rare earth elements and smelting method thereof ) 是由 吴铖川 王洪利 何玉东 王唐林 于 2019-10-25 设计创作，主要内容包括：本发明属于钢材技术领域,具体涉及含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢及其冶炼方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的冶炼方法,以所述含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的总质量为基准,Si≤0.10％、Al≤0.015％、C0.08％～0.15％、稀土0.010％～0.020％；冶炼方法包括以下步骤：电弧炉粗炼、LF炉精炼、VOD炉精炼、LF炉深度精炼、浇注、电渣重熔；其中,在LF炉深度精炼工序中,还原后加入稀土,静吹氩,再出钢。本发明方法能够改变低硅低铝马氏体不锈钢中非金属夹杂物的形态。(The invention belongs to the technical field of steel products, and particularly relates to low-silicon low-aluminum martensitic stainless steel containing rare earth elements and a smelting method thereof. The invention aims to solve the technical problem of providing a smelting method of a low-silicon low-aluminum martensitic stainless steel containing rare earth elements, wherein the total mass of the low-silicon low-aluminum martensitic stainless steel containing rare earth elements is taken as a reference, and the smelting method comprises the following steps of not more than 0.10% of Si, not more than 0.015% of Al, 0.08-0.15% of C and 0.010-0.020% of rare earth; the smelting method comprises the following steps: electric arc furnace rough smelting, LF furnace refining, VOD furnace refining, LF furnace deep refining, pouring and electroslag remelting; in the deep refining process of the LF furnace, rare earth is added after reduction, argon is statically blown, and then steel is tapped. The method of the invention can change the form of non-metallic inclusions in the low-silicon low-aluminum martensitic stainless steel.)
技术领域
本发明属于钢材技术领域，具体涉及含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢及其冶炼方法。
背景技术
不锈钢中硅含量≤0.10％、铝含量≤0.015％即称为低硅低铝不锈钢。当前超超临界发电机组叶片材料的化学成分控制要求需采用此类低硅低铝不锈钢，该类材料以10Cr11Co3W3NiMoVNbNB(Co3W3)、12Cr10Co3W2NiMoVNbNB(Co3W2)和1Cr10Co3MoWVNbNB(Co3W)等钢种为代表的马氏体不锈钢，属于600℃以上超超临界发电机组叶片用材。因该类材料特殊用途，只有高洁净度，细化、球化钢中非金属夹杂物、适当细化钢的显微组织，才能保证发电机组叶片具有符合要求的力学性能及高温持久性能。
目前该类钢冶炼过程采用Al脱氧或C脱氧，但是又由于该类钢的C含量较低(≤0.13％)，所以以Al脱氧为主，所以该类钢中的非金属夹杂物以氧化铝类为主，氧化铝类夹杂在钢中为不规则形状，故对超超临界发电机组叶片的力学性能及高温持久性能有危害。
稀土元素可以改性夹杂物，使非金属夹杂物球化，细化钢的显微组织。稀土加入方式、稀土种类、加入量等对钢中大颗粒非金属夹杂物的去除、夹杂物的形态有重要影响。
发明内容
针对现有低硅低铝马氏体不锈钢非金属夹杂物形态及物理性能差的技术难题，本发明提供了一种含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢及其冶炼方法。本发明针对电弧炉+LF+VOD+LF+浇注(MC)+电渣重熔工艺生产低硅低铝马氏体不锈钢的冶炼生产工艺特点，创新优化稀土在冶炼工序的加入方式，改善了不锈钢中非金属夹杂物形态。
本发明所要解决的技术问题是提供一种含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的冶炼方法，以所述含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的总质量为基准，Si≤0.10％、Al≤0.015％、C 0.08％～0.15％、稀土0.010％～0.020％；冶炼方法包括以下步骤：电弧炉粗炼、LF炉精炼、VOD炉精炼、LF炉深度精炼、浇注、电渣重熔；其中，在LF炉深度精炼工序中，还原后加入稀土，静吹氩，再出钢。
具体的，上述含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的冶炼方法中，所述稀土为铈和镧。
进一步的，上述含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的冶炼方法中，所述铈与镧的质量比为1.5﹕1～2.0﹕1。
进一步的，上述含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的冶炼方法中，所述不锈钢为10Cr11Co3W3NiMoVNbNB(Co3W3)、12Cr10Co3W2NiMoVNbNB(Co3W2)或1Cr10Co3MoWVNbNB(Co3W)中任意一种。
具体的，上述含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的冶炼方法中，所述稀土加入量为0.5～0.8kg/吨钢。
具体的，上述含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的冶炼方法中，所述静吹氩时间20～60min。
优选的，上述含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的冶炼方法中，稀土加入量为0.6～0.8kg/吨钢时，稀土合金加入后静吹氩时间30～60min。
优选的，上述含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的冶炼方法中，稀土加入量为0.5～0.6kg/吨钢时，稀土合金加入后静吹氩时间20～45min。
具体的，上述含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的冶炼方法中，所述出钢的温度为1530～1580℃。
具体的，上述含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的冶炼方法中，所述浇注成的自耗电极中稀土含量为0.015～0.040％。
具体的，上述含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的冶炼方法中，所述电渣重熔的熔速为5.0～7.0kg/min。
具体的，上述含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的冶炼方法中，所述电渣重熔冶炼得到的电渣锭中稀土含量为0.010～0.020％。
本发明还提供了上述冶炼方法冶炼得到的含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢。
本发明针对低硅低铝马氏体不锈钢，特别是10Cr11Co3W3NiMoVNbNB(Co3W3)、12Cr10Co3W2NiMoVNbNB(Co3W2)或1Cr10Co3MoWVNbNB(Co3W)等钢种为代表的马氏体不锈钢，合理地添加了稀土元素，控制了合适的工艺步骤和参数，改变了非金属夹杂物的形态，有效地细化钢的凝固组织，为后续提高钢的力学性能和钢的锻造性奠定了基础。
附图说明
图1为实施例3所得不锈钢中的非金属夹杂物照片；球状稀土氧化物直径为6.091μm；
图2为实施例6所得不锈钢中的非金属夹杂物照片；球状稀土氧化物直径为8.124μm。
从图1、2可以看出，添加表1所述的稀土合金，钢中的非金属夹杂物尺寸小，分布弥散(呈单颗粒分布)的球状稀土氧化物。
具体实施方式
本发明含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的冶炼方法，以所述含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的总质量为基准，Si≤0.10％、Al≤0.015％、C 0.08％～0.15％、稀土0.010％～0.020％；包括以下步骤：
第一步，采用电弧炉+LF+VOD+LF炉冶炼自耗电极：
(1)电弧炉粗炼：炉料由废钢、生铁、本钢返回等组成，将炉料依次进行熔清、吹氧脱碳、预还原、还原和调整成分的过程；钢液温度1580～1650℃，出钢温度1650～1680℃；
(2)LF炉精炼：将电弧炉粗炼所得钢液用还原剂还原然后加入合金料调整成分；钢液温度1600～1650℃，出钢温度1660～1680℃；
(3)VOD炉精炼：将LF炉精炼所得钢液依次进行真空吹氧脱碳、还原和调整成分的过程，其中入VOD炉钢液温度≥1600℃；
(4)LF炉深度精炼：将VOD炉精炼所得钢液用还原剂还原，然后加入稀土合金，静吹氩，吊包温度即出钢温度1530～1580℃；
(5)浇注(MC)：采用下注法浇铸成自耗电极；
第二步，电渣重熔：采用电渣重熔冶炼电渣锭，熔速为5.0～7.0kg/min。
本发明方法中，稀土合金为铈和镧。更进一步的，所述铈与镧的质量比为1.5﹕1～2.0﹕1。
本发明方法中，若稀土元素加入量过高，会形成大颗粒稀土夹杂，在后续电渣重熔工序也难以完全去除；且稀土加入量过高，显微组织过细，对钢的高温持久性能不利；若稀土合金加入量少，对非金属夹杂物的改性效果不足。所以优选稀土加入量为0.5～0.8kg/吨钢。
本发明方法中，合理地控制静吹氩时间，可以使非金属夹杂物在钢液中上浮，便于去除。如果静吹氩时间不足，非金属夹杂物不能充分上浮，去除效果不佳；如果静吹氩时间过长，钢水又会二次氧化，非金属夹杂物又会增多。所以，一般控制静吹氩时间为20～60min。进一步的，当稀土合金加入量为0.6～0.8kg/吨钢时，稀土合金加入后静吹氩时间30～60min。当稀土合金加入量为0.5～0.6kg/吨钢时，稀土合金加入后静吹氩时间20～45min。
本发明方法生产的自耗电极，稀土含量为0.015～0.040％；生产的电渣锭，稀土含量为0.010～0.020％。
本发明方法生产的低硅低铝马氏体不锈钢，其非金属夹杂物为单颗粒弥散分布的球状复合稀土夹杂，对钢的力学性能有利。而未添加稀土合金的氧化铝类夹杂氧化铝类夹杂在钢中为不规则形状，一般聚集为串状或链状，会降低钢的力学性能。
以下实施例中的实验方法如无特殊规定，均为常规方法。
实施例1-6
实施例1-6中含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢冶炼时稀土加入量及稀土加入后的静吹氩时间见表1所示，其中所述不锈钢为10Cr11Co3W3NiMoVNbNB(Co3W3)：
表1、本发明实施例1-6冶炼时稀土加入量及稀土加入后的静吹氩时间
编号
稀土合金加入量，kg/吨钢
稀土合金加入后的静吹氩时间，min
实施例1
0.5
25
实施例2
0.5
20
实施例3
0.6
25
实施例4
0.6
25
实施例5
0.8
35
实施例6
0.8
35
含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢的具体冶炼方法如下：
第一步，采用电弧炉+LF+VOD+LF炉方式冶炼自耗电极：
(1)电弧炉粗炼：炉料由废钢、生铁、本钢返回等组成，将炉料依次进行熔清、吹氧脱碳、预还原、还原和调整成分的过程，钢液温度：1580～1650℃，出钢温度：1650～1680℃；
(2)LF炉精炼：将电弧炉粗炼所得钢液用还原剂还原然后加入合金料调整成分，钢液温度：1600～1650℃，出钢温度：1660～1680℃；
(3)VOD炉精炼：将LF炉精炼所得钢液依次进行真空吹氧脱碳、还原和调整成分的过程，其中入VOD炉钢液温度≥1600℃；
(4)LF炉深度精炼：将VOD炉精炼所得钢液用还原剂还原，然后加入稀土合金，静吹氩，吊包温度：1530～1580℃；
(5)浇注(MC)：采用下注法浇铸成自耗电极：
第二步，电渣重熔：采用电渣重熔冶炼电渣锭，熔速为5.0～7.0kg/min。
本发明采用的稀土合金为铈和镧，镧和铈的质量百分比为：铈/镧＝1.5～2.0。
非金属夹杂物检测：对实施例1-6所述含稀土元素的低硅低铝马氏体不锈钢按GB/T10561标准进行非金属夹杂物检测，其非金属夹杂物数量级别低，且大部分夹杂物已球化且弥散分布，具体结果参见表2所示。
表2、本发明实施例1-6的非金属夹杂物级别