超低碳高铬高氮双相不锈钢CD3MN 双联法冶炼工艺研究

陈培红， 曹岸春， 段佳圣

（太原重工股份有限公司， 山西 太原 030024）

1 概述

低碳高铬含氮双相不锈钢CD3MN 由于其优异的耐腐性能，广泛应用于海水淡化、水电站、石油、化工等行业，市场对该材质铸件和锻件需求量大，该不锈钢属于高附加值产品。掌握超低碳高铬含氮双相不锈钢的冶炼技术，具备生产超低碳高铬含氮双相不锈钢水的能力，对拓宽公司产品范围，增加市场竞争力提供强有力的支持。

超低碳高铬高氮双相不锈钢CD3MN 主要用于精端大型机器零部件，其钢种冶炼难度主要是w（C）≤0.03%、合金含量高、P 及S 要求严格。冶炼过程铬铁、镍板、钼铁合金加入量大，根据理论及我厂生产实践，该钢种的去碳难比304 不锈钢增加，冶炼过程尤其是VOD 过程，操作需要经过精准计算成分控制及细节操作，真空脱碳后对钢水的合金进行微调、增氮有难度，控制不当易导致碳超标，才能冶炼成合格的双相不锈钢，本文结合实际成功生产15 炉次经验，总结相关过程参数，为再生产此类钢种提供技术支撑。

2 生产工艺流程概述

2.1 生产工艺流程

精选生铁及废钢→EBT 电炉初炼出钢（调整Mo、Ni、C、P 成分）→LF 钢包精炼炉（调整合金成分）→LF 调整温度→扒渣→VOD 炉（去C 保Cr）→破真空→LF（调整N、Al 成分）→LF 调整温度→吊包浇注铸件。

2.2 VOD 炉设备

VOD 法是真空脱碳生产不锈钢主要设备，图1为VOD 设备示意图，VOD 炉包含氧枪及其升降系统、供氧系统、真空罐及罐盖。VOD 炉冶炼是在真空下，向钢液吹氧冶炼去碳，钢包底部吹氩搅拌钢水，当精炼达到脱碳要求时，停止吹氧，然后提高真空度进行再脱氧，VOD 炉工艺流程主要用于生产不锈钢或超低碳合金钢[1]。

图1 VOD 设备示意图

3 冶炼关键技术理论分析

3.1 钢种成分

CD3MN 不锈钢的标准成分如表1 所示，表1 中列出常见304 不锈钢的成分，用于结合对比钢种成分分析讨论过程控制理论及实践。

表1 CD3MN 及304 不锈钢标准化学成分 %

3.2 成分控制研究

CD3MN 不锈钢由于其成分的特殊性及冶炼设备的制约性，针对该钢种的冶炼主要研究初炼出钢量、合金化位置、VOD 过程参数控制、钢水增氮，且对精炼过程合金的收得率与冶炼时间进行研究，保证钢水成分符合标准要求。

该钢种的主要难度在Cr、Mo 高而Ni 低，通过查阅文献[2]w（Cr）=22%、w（Mo）=3%两个元素是限制VOD 去碳，其含量与304 不锈钢比增加8%的合金含量，而w（Ni）=5%对去碳有利元素比304 不锈钢降低3%，三个元素叠加作用，提高脱碳难度2 倍，再由于w（C）≤0.03%，可以得知该钢种的去碳难度要比常规不锈钢增加，不锈钢去碳理论请查阅相关资料，本文不再做理论分析。

由于CD3MN 生产难度大，产品要求高，生产成本高，各钢厂生产前都经过深入研究，目前未查到相关的冶炼文献，非常需要生产试验总结，减少冶炼过程问题，降低生产过程损失，本文通过总结生产经验，支撑理论研究，为再冶炼此类不锈钢做好总结。

3.3 生产过程

3.3.1 合金元素调整控制思路

由表1 可知CD3MN 的合金元素成分含量，根据目前合金成分计算合金用量，合金增加调整成分同时增加钢水质量，合金质量占CD3MN 钢水的60%，为减小精炼过程的压力和缩短冶炼时间，镍板和钼铁在电炉熔化，精炼过程仅对Ni、Mo 微调；CD3MN 的要求w（C）≤0.03%，严格控制VOD 真空脱碳氧过程各个参数，准确判断吹氧终点确保钢水碳含量达到要求，还原剂的加入量提高铬的收得率，VOD 后对钢水进行增N 操作。

3.3.2 合金Cr、Ni、Mo 过程成分控制

设计成分控制工艺，根据我厂现有合金收得率情况，参考同行业高合金钢合金收得率情况[3]，表2 为生产过程5 炉的Cr、Ni、Mo 调整过程成分变化参数。

表2 冶炼过程Cr、Ni、Mo 成分情况

由表2 可知，5 炉钢精炼炉出钢Cr、Ni、Mo 成分全部符合要求。但是真空后调整w（Cr）的范围，5 炉钢相差2%以上，主要是对VOD 过程参数控制不稳定，VOD 过程损失Cr 偏差大导致。

3.3.3 碳、氮成分控制

表3 为生产过程5 炉的VOD 后C、N 调整过程成分变化参数

表3 VOD 后C、N 的成分情况 %

由表3 可知，VOD 后C 成分，随着调整N 及微调合金Cr 明显增加，虽然都合格，但是基本都在上限，由于C 是CN3MN 不锈钢的关键成分，存在一定风险。

C 的风险控制，生产过程经过尝试，VOD 前将Cr 调整至上限，减少或杜绝VOD 后增Cr 导致增碳风险效果较好，因为一方面VOD 后增Cr 成本高，另一方面微碳Cr 铁中也增加钢水中碳含量，且降温导致送电电极增碳。此方面由于与VOD 吹氧控制相关性较大，本文不再展开讨论。

3.4 小结

掌握了超低碳高铬含氮双相不锈钢CD3MN 的冶炼技术和真空脱碳后钢水增氮的技术，提升了本单位VOD 真空碳脱氧的能力，具备冶炼w（C）＜0.03%，w（N）在0.15%～0.20%的钢水能力。在冶炼得到合格钢水的情况下，精炼过程Cr、Ni、Mo 合金的收得率稳定，真空脱碳后钢水氮达到标准要求，为以后生产含氮钢种打下良好的基础。

4 结论

1）通过理论结合实际成产，具备冶炼w（C）＜0.03%，高Cr、低Ni、高Mo，w（N）含量在0.15%～0.20%的钢水能力。

2）掌握了超低碳高铬含氮双相不锈钢CD3MN的冶炼技术，VOD 真空脱碳吹氧参数，钢水增氮防止碳增加的工艺技术参数。