电弧炉+中频炉冶炼1Cr11MoNiW1VNbN工艺技术实践

电弧炉+中频炉冶炼1Cr₁₁MoNiW₁VNbN工艺技术实践

李红宇  戴栋  何新

（唐山钢铁集团重机装备有限公司  河北唐山  063306）

摘  要：1Cr₁₁MoNiW₁VNbN材质作为马氏体耐热不锈钢材料，由于其良好的高温持久强度、热稳定性、高温抗蠕变性能和高温抗氧化性等综合性能，在超临界汽轮机行业获得越来越广泛的运用。本文着重介绍利用电弧炉和中频炉冶炼1Cr11MoNiW1VNbN耐热不锈钢的工艺流程及成分控制要点，可供同行参考。

关键词：1Cr₁₁MoNiW₁VNbN；冶炼；成分控制；冶炼参数

Smelting Technology Practice of 1Cr11MoNiW1VNbN Steel in Electric Arc Furnace and Intermediate frequency furnace

LI Hong-yu，DAI Dong，HE Xin

（Tang Shan Iron And Steel Group Heavy Machinery Equipment Co.,Ltd，Tangshan Hebei 063306）

Abstract：As a kind of martensite heat-resistant  stainless steel，1Cr₁₁MoNiW₁VNbN is widely used in Supercritical steam turbine industry due to its enduring strength at high temperature，good thermal stability and high temperature  creep resistance，High temperature oxidation resistanceand other comprehensive performance.This paper was focused on the smelting process using the electric  arc furnace and Intermediate frequency furnace and composition control key points of 1Cr₁₁MoNiW₁VNbN heat-resistant stainless steel material.

Key words：1Cr₁₁MoNiW₁VNbN，smelting，composition control，semlting parameter

1Cr₁₁MoNiW₁VNbN是低碳高铬马氏体耐热不锈钢材质，该材质具有良好的高温持久性能、高温蠕变强度、抗氧化性能和高温腐蚀性能，目前已经广泛用于超临界汽轮机机组用叶片钢和高强度螺栓等关键零部件。该材质对化学成分、气体含量及夹杂物等方面的要求非常严格，一般采用电弧炉冶炼+电渣重熔生产工艺，其中冶炼是生产该材质钢种的重点和难点。本文从冶炼流程和成分控制方面介绍钢种的冶炼过程。

1 技术条件及控制要求

1Cr₁₁MoNiW₁VNbN钢化学成分如表1所示。

表1  1Cr₁₁MoNiW₁VNbN化学成分（质量分数，%）

从以上化学成分表中可以看出，此材质在化学成分控制方面需要做到以下几个方面：

1）P、S含量较低，在冶炼过程中需要重视脱P、脱S操作，避免最终P、S含量超标；

2）Si含量低，脱氧困难；Cr含量高；Ni含量较一般的高合金材质要低；W含量高且为难熔金属；V为难熔金属；Nb含量低且范围较窄，同时 Nb 为难熔金属且该元素在高温下容易氧化；N含量高，吸收率不稳定，故在备料环节需要重点考虑原辅材料的选择，在冶炼环节需要考虑原辅料加入时机的选择与精准控制。

2 冶炼工艺流程及设备

根据此材质的成分规范及技术要求，本文选取的冶炼流程为：电弧炉+中频炉冶炼 - LF精炼 - （VOD吹氧脱硅） -  VOD精炼 - 浇注。其中电弧炉冶炼钢水25.5吨，中频炉冶炼钢水14吨，生产10支钢锭（单重3.75吨）。

3 冶炼过程控制

3.1 电弧炉冶炼过程控制

在EAF炉主要是控制P含量及各残余元素含量，备料时选择高镍无限4废辊和65CrNiMo返回料，达到：C含量1.00%～1.20%，P含量≤0.04%，且加料前炉底预先加入每t钢液18 kg～25 kg的石灰预造泡沫渣。根据回收率计算好加入量后投入到电弧炉中，送电熔化，取样分析，重点关注 P、Ni的含量，同时Cu、Pb、Sb、Sn、As含量要尽量的低，然后在1510℃～1550℃之间进行吹氧脱P，在1550℃～1570℃之间进行吹氧脱C，此时氧气压力0.4MPa～0.8MPa，氧化期氧化脱碳量≥0.50%，冶炼终点碳含量≤0.03%。停氧后，加入硅锰合金静沸腾并吹氩搅拌5分钟以上，保证余【Mn】=0.15%～0.25%。最后升温至1670℃～1680℃，【P】含量≤0.001%（尽量低）出钢至LF炉精炼，出钢前包底加入（14 kg～18 kg）/t钢液的石灰、（75kg～85kg）/t钢液的低碳铬铁（禁止加入锰铁和脱氧剂）。

1Cr₁₁MoNiW₁VNbN电弧炉出钢化学成分如表2所示。

表2  1Cr₁₁MoNiW₁VNbN电弧炉出钢化学成分（质量分数，%）

3.2 中频炉冶炼过程控制

中频炉冶炼选用钢铁料为：410返回料10吨、低碳铬铁2.7吨、钨铁0.87吨和钼铁0.14吨，合理选择钢铁料块度。炉底先加入剪边料后加入返回料和低碳铬铁（低碳铬铁加入时保证炉内无渣以防搭棚结壳），随炉料熔化情况陆续加入钢铁料和合金料。待钢铁料熔清后取样分析，补加合金调整化学成分。最后升温至1660℃～1670℃出钢至LF精炼，出钢前包底加入（8kg～12 kg）/t钢液的石灰。

1Cr₁₁MoNiW₁VNbN中频炉出钢化学成分如表3所示。

表3  1Cr₁₁MoNiW₁VNbN中频炉出钢化学成分（质量分数，%）

3.3  LF精炼

电弧炉出钢后，迅速兑入中频炉钢水，进入LF炉精炼位。钢液到达LF炉后，合理控制底吹氩气流量，以不裸露钢水液面为宜；先对钢液进行还原，加入（8kg～10kg）/t钢液的活性石灰，快速造泡沫渣，减少钢水吸气；进行脱硫、脱氧操作，一般是加入1kg/t～2kg/t钢液的铝粒脱氧剂。

炉渣变白、还原渣形成后取样分析，根据分析结果补加合金料，加入氮化铬铁（5kg/t～6kg）/t钢液，取样分析（包含氮含量），根据分析结果补加合金料。当[Si]＜0.10%时，钢水温度≥1600℃切换氩气为氮气，氮含量为700ppm～750ppm；当[Si]≥0.10%时，进入VOD吹氧脱硅，钢水温度≥1680℃，扒除90%以上的炉渣，低于10KPa开始吹氧，氧枪枪位1380mm～1400mm，吹氧压力0.13MPa～0.15MPa，阀门开度4%，吹氧时间2.5min～3min。

精炼过程保证Al含量0.025%～0.035%，进入VOD前Al含量≤0.010%，加入钛铁脱氧，钛含量0.015%～0.025%。钒铁、铌铁应在吹氧回LF后再加入。

化学成分合格后测量液相线温度（TL），升温至（TL+140）±5℃、白渣保持30min以上，方可进入VOD。

1Cr₁₁MoNiW₁VNbN LF精炼化学成分如表4所示。

表4  1Cr₁₁MoNiW₁VNbN  LF精炼化学成分（质量分数，%）

3.4  VOD精炼

钢液到达VOD后，先扒除90%以上的渣子，然后入VOD罐，接通氩气，测温，盖罐，抽真空，抽真空至67Pa后，迅速提升压力至0.1MPa～0.3MPa，保证钢水裸露直径600mm～800mm，保压时间不小于20min。破真空后取样分析，若【N】含量≥600ppm，切换为氩气弱吹8min后吊包浇注；若【N】含量＜600ppm，则继续吹氮至600ppm，氮气压力为0.5Mpa，吹氮结束后切换为氩气弱吹8min以上吊包浇注。此时钢水化学成分合格，起吊温度为（TL+75）±5℃。

1Cr₁₁MoNiW₁VNbN VOD出钢化学成分如表5所示。

表5  1Cr₁₁MoNiW₁VNbN VOD出钢化学成分（质量分数，%）

4 总结

冶炼1Cr₁₁MoNiW₁VNbN需要注意以下方面：

1）EAF炉需要控制 P、Ni 含量，中频炉需要控制Cr、Mo、W含量，以便钢水化学成分进入LF炉精炼微调即可符合工艺要求。

2）LF精炼过程中，加入氮化铬铁后取样分析，当【Si】≥0.10%时，则需VOD吹氧脱硅，方可调整N含量符合工艺要求。此后，再加入钒铁和铌铁。