超低碳高鉻高氮雙相不銹鋼CD3MN 雙聯法冶煉工藝研究

陳培紅， 曹岸春， 段佳圣

（太原重工股份有限公司， 山西 太原 030024）

1 概述

低碳高鉻含氮雙相不銹鋼CD3MN 由于其優異的耐腐性能，廣泛應用于海水淡化、水電站、石油、化工等行業，市場對該材質鑄件和鍛件需求量大，該不銹鋼屬于高附加值產品。掌握超低碳高鉻含氮雙相不銹鋼的冶煉技術，具備生產超低碳高鉻含氮雙相不銹鋼水的能力，對拓寬公司產品范圍，增加市場競爭力提供強有力的支持。

超低碳高鉻高氮雙相不銹鋼CD3MN 主要用于精端大型機器零部件，其鋼種冶煉難度主要是w（C）≤0.03%、合金含量高、P 及S 要求嚴格。冶煉過程鉻鐵、鎳板、鉬鐵合金加入量大，根據理論及我廠生產實踐，該鋼種的去碳難比304 不銹鋼增加，冶煉過程尤其是VOD 過程，操作需要經過精準計算成分控制及細節操作，真空脫碳后對鋼水的合金進行微調、增氮有難度，控制不當易導致碳超標，才能冶煉成合格的雙相不銹鋼，本文結合實際成功生產15 爐次經驗，總結相關過程參數，為再生產此類鋼種提供技術支撐。

2 生產工藝流程概述

2.1 生產工藝流程

精選生鐵及廢鋼→EBT 電爐初煉出鋼（調整Mo、Ni、C、P 成分）→LF 鋼包精煉爐（調整合金成分）→LF 調整溫度→扒渣→VOD 爐（去C 保Cr）→破真空→LF（調整N、Al 成分）→LF 調整溫度→吊包澆注鑄件。

2.2 VOD 爐設備

VOD 法是真空脫碳生產不銹鋼主要設備，圖1為VOD 設備示意圖，VOD 爐包含氧槍及其升降系統、供氧系統、真空罐及罐蓋。VOD 爐冶煉是在真空下，向鋼液吹氧冶煉去碳，鋼包底部吹氬攪拌鋼水，當精煉達到脫碳要求時，停止吹氧，然后提高真空度進行再脫氧，VOD 爐工藝流程主要用于生產不銹鋼或超低碳合金鋼[1]。

圖1 VOD 設備示意圖

3 冶煉關鍵技術理論分析

3.1 鋼種成分

CD3MN 不銹鋼的標準成分如表1 所示，表1 中列出常見304 不銹鋼的成分，用于結合對比鋼種成分分析討論過程控制理論及實踐。

表1 CD3MN 及304 不銹鋼標準化學成分 %

3.2 成分控制研究

CD3MN 不銹鋼由于其成分的特殊性及冶煉設備的制約性，針對該鋼種的冶煉主要研究初煉出鋼量、合金化位置、VOD 過程參數控制、鋼水增氮，且對精煉過程合金的收得率與冶煉時間進行研究，保證鋼水成分符合標準要求。

該鋼種的主要難度在Cr、Mo 高而Ni 低，通過查閱文獻[2]w（Cr）=22%、w（Mo）=3%兩個元素是限制VOD 去碳，其含量與304 不銹鋼比增加8%的合金含量，而w（Ni）=5%對去碳有利元素比304 不銹鋼降低3%，三個元素疊加作用，提高脫碳難度2 倍，再由于w（C）≤0.03%，可以得知該鋼種的去碳難度要比常規不銹鋼增加，不銹鋼去碳理論請查閱相關資料，本文不再做理論分析。

由于CD3MN 生產難度大，產品要求高，生產成本高，各鋼廠生產前都經過深入研究，目前未查到相關的冶煉文獻，非常需要生產試驗總結，減少冶煉過程問題，降低生產過程損失，本文通過總結生產經驗，支撐理論研究，為再冶煉此類不銹鋼做好總結。

3.3 生產過程

3.3.1 合金元素調整控制思路

由表1 可知CD3MN 的合金元素成分含量，根據目前合金成分計算合金用量，合金增加調整成分同時增加鋼水質量，合金質量占CD3MN 鋼水的60%，為減小精煉過程的壓力和縮短冶煉時間，鎳板和鉬鐵在電爐熔化，精煉過程僅對Ni、Mo 微調；CD3MN 的要求w（C）≤0.03%，嚴格控制VOD 真空脫碳氧過程各個參數，準確判斷吹氧終點確保鋼水碳含量達到要求，還原劑的加入量提高鉻的收得率，VOD 后對鋼水進行增N 操作。

3.3.2 合金Cr、Ni、Mo 過程成分控制

設計成分控制工藝，根據我廠現有合金收得率情況，參考同行業高合金鋼合金收得率情況[3]，表2 為生產過程5 爐的Cr、Ni、Mo 調整過程成分變化參數。

表2 冶煉過程Cr、Ni、Mo 成分情況

由表2 可知，5 爐鋼精煉爐出鋼Cr、Ni、Mo 成分全部符合要求。但是真空后調整w（Cr）的范圍，5 爐鋼相差2%以上，主要是對VOD 過程參數控制不穩定，VOD 過程損失Cr 偏差大導致。

3.3.3 碳、氮成分控制

表3 為生產過程5 爐的VOD 后C、N 調整過程成分變化參數

表3 VOD 后C、N 的成分情況 %

由表3 可知，VOD 后C 成分，隨著調整N 及微調合金Cr 明顯增加，雖然都合格，但是基本都在上限，由于C 是CN3MN 不銹鋼的關鍵成分，存在一定風險。

C 的風險控制，生產過程經過嘗試，VOD 前將Cr 調整至上限，減少或杜絕VOD 后增Cr 導致增碳風險效果較好，因為一方面VOD 后增Cr 成本高，另一方面微碳Cr 鐵中也增加鋼水中碳含量，且降溫導致送電電極增碳。此方面由于與VOD 吹氧控制相關性較大，本文不再展開討論。

3.4 小結

掌握了超低碳高鉻含氮雙相不銹鋼CD3MN 的冶煉技術和真空脫碳后鋼水增氮的技術，提升了本單位VOD 真空碳脫氧的能力，具備冶煉w（C）＜0.03%，w（N）在0.15%～0.20%的鋼水能力。在冶煉得到合格鋼水的情況下，精煉過程Cr、Ni、Mo 合金的收得率穩定，真空脫碳后鋼水氮達到標準要求，為以后生產含氮鋼種打下良好的基礎。

4 結論

1）通過理論結合實際成產，具備冶煉w（C）＜0.03%，高Cr、低Ni、高Mo，w（N）含量在0.15%～0.20%的鋼水能力。

2）掌握了超低碳高鉻含氮雙相不銹鋼CD3MN的冶煉技術，VOD 真空脫碳吹氧參數，鋼水增氮防止碳增加的工藝技術參數。