電弧爐+中頻爐冶煉1Cr₁₁MoNiW₁VNbN工藝技術實踐

李紅宇  戴棟  何新

（唐山鋼鐵集團重機裝備有限公司  河北唐山  063306）

摘  要：1Cr₁₁MoNiW₁VNbN材質作為馬氏體耐熱不銹鋼材料，由于其良好的高溫持久強度、熱穩定性、高溫抗蠕變性能和高溫抗氧化性等綜合性能，在超臨界汽輪機行業獲得越來越廣泛的運用。本文著重介紹利用電弧爐和中頻爐冶煉1Cr11MoNiW1VNbN耐熱不銹鋼的工藝流程及成分控制要點，可供同行參考。

關鍵詞：1Cr₁₁MoNiW₁VNbN；冶煉；成分控制；冶煉參數

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是低碳高鉻馬氏體耐熱不銹鋼材質，該材質具有良好的高溫持久性能、高溫蠕變強度、抗氧化性能和高溫腐蝕性能，目前已經廣泛用于超臨界汽輪機機組用葉片鋼和高強度螺栓等關鍵零部件。該材質對化學成分、氣體含量及夾雜物等方面的要求非常嚴格，一般采用電弧爐冶煉+電渣重熔生產工藝，其中冶煉是生產該材質鋼種的重點和難點。本文從冶煉流程和成分控制方面介紹鋼種的冶煉過程。

1 技術條件及控制要求

1Cr₁₁MoNiW₁VNbN鋼化學成分如表1所示。

表1  1Cr₁₁MoNiW₁VNbN化學成分（質量分數，%）

從以上化學成分表中可以看出，此材質在化學成分控制方面需要做到以下幾個方面：

1）P、S含量較低，在冶煉過程中需要重視脫P、脫S操作，避免最終P、S含量超標；

2）Si含量低，脫氧困難；Cr含量高；Ni含量較一般的高合金材質要低；W含量高且為難熔金屬；V為難熔金屬；Nb含量低且范圍較窄，同時 Nb 為難熔金屬且該元素在高溫下容易氧化；N含量高，吸收率不穩定，故在備料環節需要重點考慮原輔材料的選擇，在冶煉環節需要考慮原輔料加入時機的選擇與精準控制。

2 冶煉工藝流程及設備

根據此材質的成分規范及技術要求，本文選取的冶煉流程為：電弧爐+中頻爐冶煉 - LF精煉 - （VOD吹氧脫硅） -  VOD精煉 - 澆注。其中電弧爐冶煉鋼水25.5噸，中頻爐冶煉鋼水14噸，生產10支鋼錠（單重3.75噸）。

3 冶煉過程控制

3.1 電弧爐冶煉過程控制

在EAF爐主要是控制P含量及各殘余元素含量，備料時選擇高鎳無限4廢輥和65CrNiMo返回料，達到：C含量1.00%～1.20%，P含量≤0.04%，且加料前爐底預先加入每t鋼液18 kg～25 kg的石灰預造泡沫渣。根據回收率計算好加入量后投入到電弧爐中，送電熔化，取樣分析，重點關注 P、Ni的含量，同時Cu、Pb、Sb、Sn、As含量要盡量的低，然后在1510℃～1550℃之間進行吹氧脫P，在1550℃～1570℃之間進行吹氧脫C，此時氧氣壓力0.4MPa～0.8MPa，氧化期氧化脫碳量≥0.50%，冶煉終點碳含量≤0.03%。停氧后，加入硅錳合金靜沸騰并吹氬攪拌5分鐘以上，保證余【Mn】=0.15%～0.25%。最后升溫至1670℃～1680℃，【P】含量≤0.001%（盡量低）出鋼至LF爐精煉，出鋼前包底加入（14 kg～18 kg）/t鋼液的石灰、（75kg～85kg）/t鋼液的低碳鉻鐵（禁止加入錳鐵和脫氧劑）。

1Cr₁₁MoNiW₁VNbN電弧爐出鋼化學成分如表2所示。

表2  1Cr₁₁MoNiW₁VNbN電弧爐出鋼化學成分（質量分數，%）

3.2 中頻爐冶煉過程控制

中頻爐冶煉選用鋼鐵料為：410返回料10噸、低碳鉻鐵2.7噸、鎢鐵0.87噸和鉬鐵0.14噸，合理選擇鋼鐵料塊度。爐底先加入剪邊料后加入返回料和低碳鉻鐵（低碳鉻鐵加入時保證爐內無渣以防搭棚結殼），隨爐料熔化情況陸續加入鋼鐵料和合金料。待鋼鐵料熔清后取樣分析，補加合金調整化學成分。最后升溫至1660℃～1670℃出鋼至LF精煉，出鋼前包底加入（8kg～12 kg）/t鋼液的石灰。

1Cr₁₁MoNiW₁VNbN中頻爐出鋼化學成分如表3所示。

表3  1Cr₁₁MoNiW₁VNbN中頻爐出鋼化學成分（質量分數，%）

3.3  LF精煉

電弧爐出鋼后，迅速兌入中頻爐鋼水，進入LF爐精煉位。鋼液到達LF爐后，合理控制底吹氬氣流量，以不裸露鋼水液面為宜；先對鋼液進行還原，加入（8kg～10kg）/t鋼液的活性石灰，快速造泡沫渣，減少鋼水吸氣；進行脫硫、脫氧操作，一般是加入1kg/t～2kg/t鋼液的鋁粒脫氧劑。

爐渣變白、還原渣形成后取樣分析，根據分析結果補加合金料，加入氮化鉻鐵（5kg/t～6kg）/t鋼液，取樣分析（包含氮含量），根據分析結果補加合金料。當[Si]＜0.10%時，鋼水溫度≥1600℃切換氬氣為氮氣，氮含量為700ppm～750ppm；當[Si]≥0.10%時，進入VOD吹氧脫硅，鋼水溫度≥1680℃，扒除90%以上的爐渣，低于10KPa開始吹氧，氧槍槍位1380mm～1400mm，吹氧壓力0.13MPa～0.15MPa，閥門開度4%，吹氧時間2.5min～3min。

精煉過程保證Al含量0.025%～0.035%，進入VOD前Al含量≤0.010%，加入鈦鐵脫氧，鈦含量0.015%～0.025%。釩鐵、鈮鐵應在吹氧回LF后再加入。

化學成分合格后測量液相線溫度（TL），升溫至（TL+140）±5℃、白渣保持30min以上，方可進入VOD。

1Cr₁₁MoNiW₁VNbN LF精煉化學成分如表4所示。

表4  1Cr₁₁MoNiW₁VNbN  LF精煉化學成分（質量分數，%）

3.4  VOD精煉

鋼液到達VOD后，先扒除90%以上的渣子，然后入VOD罐，接通氬氣，測溫，蓋罐，抽真空，抽真空至67Pa后，迅速提升壓力至0.1MPa～0.3MPa，保證鋼水裸露直徑600mm～800mm，保壓時間不小于20min。破真空后取樣分析，若【N】含量≥600ppm，切換為氬氣弱吹8min后吊包澆注；若【N】含量＜600ppm，則繼續吹氮至600ppm，氮氣壓力為0.5Mpa，吹氮結束后切換為氬氣弱吹8min以上吊包澆注。此時鋼水化學成分合格，起吊溫度為（TL+75）±5℃。

1Cr₁₁MoNiW₁VNbN VOD出鋼化學成分如表5所示。

表5  1Cr₁₁MoNiW₁VNbN VOD出鋼化學成分（質量分數，%）

4 總結

冶煉1Cr₁₁MoNiW₁VNbN需要注意以下方面：

1）EAF爐需要控制 P、Ni 含量，中頻爐需要控制Cr、Mo、W含量，以便鋼水化學成分進入LF爐精煉微調即可符合工藝要求。

2）LF精煉過程中，加入氮化鉻鐵后取樣分析，當【Si】≥0.10%時，則需VOD吹氧脫硅，方可調整N含量符合工藝要求。此后，再加入釩鐵和鈮鐵。