SUS405耐热铁素体不锈钢的开发生产

亓海燕，李　铁，张　爽，胡自明

（山东泰山钢铁集团有限公司，山东 莱芜271199）

1　前言

SUS405钢是一种低合金耐热铁素体不锈钢，属环保节能型钢铁材料，可用于锅炉和环保设备以及石化行业抗高温硫腐蚀设备的制造，代替部分奥氏体不锈钢。因其价格优势，具有一定的市场前景。Al作为SUS405不锈钢的合金化元素可以保证钢种的耐热性，为保证Al的收得率，就要提高钢水的氧含量要求，以及解决连铸过程可能引起的水口“结瘤”等问题。山东泰山钢铁集团不锈钢炼钢厂采用GOR炉+LF炉+连铸工艺，成功开发出SUS405耐热铁素体不锈钢［1-4］。

2　SUS405不锈钢的开发试制

2.1　生产工艺路线

根据钢种特点，结合装备条件，对SUS405不锈钢的生产工艺进行了流程设计。其工艺流程为：高炉铁水→“三脱”站处理→GOR炉冶炼→铝合金化→LF炉精炼→保护浇注。

2.2　成分设计

SUS405耐热铁素体不锈钢熔炼成分设计如表1所示。对CO含量、Al含量、夹杂物控制水平要求高，冶炼工艺条件苛刻。必须解决的问题：低碳氮不锈钢冶炼的实现及成本控制；低碳氮不锈钢的脱氧、夹杂物控制；成品Al含量的保证等。

表1　SUS405不锈钢熔炼成分控制标准 %

2.3　GOR炉低碳氮吹炼工艺设计

SUS405不锈钢采用全铁水冶炼，在冶炼前期，由于铁水含C量较高，供氧强度是碳氧反应的限制环节，因此要提高顶枪供氧强度，逐步调整枪位，快速脱碳升温，为后续低碳区脱碳提供合适的温度，同时缩短冶炼周期。当C含量脱至目标值，温度合适后停止顶吹，继续底吹吹炼。

在确保生产节奏的前提下，脱碳后期增加1个脱碳子阶段以进行超低碳区脱碳，适当提高该阶段的氧氩比，在脱碳的同时避免Cr的大量氧化，脱碳目标控制为［C］≤0.05%。表2为优化的GOR炉冶炼SUS405不锈钢的参考供气模型。

表2　GOR炉冶炼SUS405不锈钢脱碳参考供气模型

2.4　脱氧工艺设计

SUS405不锈钢中的C含量约为0.03%，根据碳氧平衡原理，势必造成钢水中O含量比一般不锈钢高（普通不锈钢［C］约0.05%）。Al作为该钢种重要的合金化元素，对钢中O含量要求极高，必须实现深脱氧。否则铝合金化时，容易产生高熔点的镁铝尖晶石夹杂物，不仅影响钢水浇注，还易在后续轧制钢带的表面产生缺陷。

SUS405钢种仅靠硅铁脱氧，不仅增加了成本和渣量，还降低了炉渣碱度，弱化了去除夹杂的能力。采用Si、Al复合脱氧并扒除还原渣，不仅能完成深脱氧，而且还尽可能的避免Al2O3、MgO·Al2O3等高熔点夹杂物对钢水的污染。

2.5　Al含量控制

Al具有极强的还原性，高温易氧化。为保证Al的收得率，经试验最终采用GOR出钢前在钢包加入Al，钢水终点氧含量≤15×10-6的情况下，Al的收得率约为65%。但因不锈钢LF精炼及弱吹氩时间长，存在钢中Al含量降低的情况。若LF精炼后期钢中Al含量低，由于钢包渣层较厚，很难通过加铝粒或喂铝线等方式提高Al含量，所以在出钢合金化时，一定要充分考虑出钢至开浇的时间，保证最终的Al含量。

2.6　连铸控制

连铸工艺控制方面采用全程保护浇注，单独组织生产。大包至中间包采用长水口并进行氩封保护浇注，要求长水口插入中间包钢水中深度≥100 mm，且必须垂直于钢液面。其作用是把主流与空气隔开，避免钢水裸露和飞溅造成二次氧化，减少钢中增氧和温度损失。中间包内加覆盖剂使钢水与空气隔离，起到吸附夹杂和隔热保温的作用。结晶器加入专用保护渣，起到保温和防止二次氧化的作用，良好的保护渣是铸坯表面质量的前提。

3　试制产品质量分析

3.1　连铸坯质量

试制铸坯断面规格为200 mm×1 520 mm，对其内部质量进行检测分析。按照GB/T 266—2015标准要求进行取样，保证试样检验面的粗糙度。按照标准中的热酸侵蚀法对所取低倍试样进行侵蚀，低倍组织见图1。

图1　SUS405铸坯低倍组织

根据YB/T 4003—1997标准对低倍组织进行评定，中间裂纹0级，中心偏析C类0.5级，中心疏松0.5级，等轴晶粒46%，铸坯内部质量控制较好。

3.2　钢带夹杂物检测结果

经后续热轧后，钢带成品厚度为3.5 mm。经检测，钢中非金属夹杂物主要以B类和D类为主，级别不超过1.0级，检测结果如表3所示。

表3　非金属夹杂物检测结果 级

3.3　钢带力学性能检测结果

厚度规格3.5 mm的SUS405钢带退火后检测力学性能，规定塑性延伸强度227～361 MPa，抗拉强度406～459 MPa，断后伸长率30%～38%，硬度HRB 66～78，符合用户使用要求。

4　结　语

采用GOR炉+LF炉+CC工艺开发的SUS405耐热铁素体不锈钢，生产工艺简单，成本低，产品的纯净度高，成分稳定，各项性能指标满足标准要求。GOR炉+LF炉+CC工艺具备批量稳定生产SUS405耐热铁素体不锈钢的能力。