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1、不锈钢生产工艺概述,2009年5月8日,主要内容,一、不锈钢基础知识 二、不锈钢炼钢工艺及装备 三、不锈钢热轧工艺及装备 四、不锈钢冷轧工艺及装备,在大气、水、酸、碱和盐等溶液，或其他腐蚀介质中具有化学稳定性的钢的总称 耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的通常称为不锈钢 耐酸、碱和盐等强介质腐蚀的通常称不锈耐蚀钢 耐高温环境中介质腐蚀的通常称为不锈耐热钢 不锈钢在石油化工、原子能、轻工、纺织、食品、家用器械、电器、汽车等方面应用广泛,不锈钢的定义,一、不锈钢基础知识,1904-1906年，法国人吉耶（L.B.Guillet）首先对Fe-Cr-Ni合金进行了基础研究 1907-1911年，法国人波特万
2、(A.M.Portevin)和英国人吉森(W.Giesen)分别发现了Fe-Cr和Fe-Cr-Ni合金耐蚀性 1908-1911年，德国人蒙娜尔茨(P.Monnartz)揭示了钢的耐蚀性原理并提出了钝化的概念 19121913年，英国人布里尔利（H.Brearly）发明了含12-13%Cr的马氏体不锈钢并获得专利 1911-1914年，美国人Dantsizen发明了含14-16%Cr,0.07-0.15%C的铁素体不锈钢 19121914年，德国人毛雷尔(E.Maurer)和施特劳斯(B.Strauss)发明了18-8奥氏体不锈钢，并于1929年取得专利权 1931年，在法国的Uniex实验室
3、开发了双相不锈钢,一、不锈钢基础知识,不锈钢的历史,不锈钢的耐腐蚀原理,Cr 是比 Fe更容易氧化的金属 Cr 与空气中的O2 反应生成铬的氧化层 稳定的氧化膜要求Cr 12%,一、不锈钢基础知识,一、不锈钢基础知识,Cr对不锈钢的耐腐蚀性的影响,Fe-Cr二元合金相图,一、不锈钢基础知识,Fe-Cr二元相图,碳、氮对Fe-Cr二元相图的影响,一、不锈钢基础知识,相界,相界,不锈钢的分类,一、不锈钢基础知识,合金元素与组织的关系,Schaeffler-Delong图,420J1 Cr=Cr+2Si=13.91 Ni= Ni+25C+30N+ 0.5Mn =5.98 BN1P Cr=Cr+2Si
4、=15.66 Ni= Ni+25C+30N+ 0.5Mn+0.3Cu=12.37,一、不锈钢基础知识,420J1,BN1P,铬系 （AISI400系）,铬镍系 （AISI300系）,马氏体不锈钢,铁素体不锈钢,奥氏体不锈钢,双相不锈钢,沉淀硬化不锈钢,Fe-Cr-C,Fe-Cr-Ni,2Cr13(420),1Cr13(410),1Cr17Ni2(431),0Cr17(430),0Cr11Ti(409),AISI200系,0Cr19Ni9(304),0Cr17Ni12Mo2(316),1Cr17Mn6Ni5(201),1Cr18Mn8Ni5N(202),1Cr25Ni5Mo1.5(329),Cr
5、25Ni5Mo3N,0Cr17Ni7Al,AISI600系,钢种分类,代表钢种,按组织结构,按化学成分,00Cr25Mo2(446M),一、不锈钢基础知识,奥氏体不锈钢的发展简图,1Cr18Ni9,0Cr19Ni13Mo3,00Cr19Ni13Mo3,超级不锈钢,0Cr17Ni12Mo2,00Cr18Ni14Mo2Cu2,00Cr17Ni14Mo2,00Cr19Ni15Mo4.5N,00Cr17Ni13Mo2N,0Cr17Ni12Mo2N,316NG,0Cr23Ni13,0Cr18Ni10Ti,0Cr18Ni9,0Cr18Ni11Nb,00Cr19Ni10,0Cr18Ni11Nb,0Cr19N
6、i9N,00Cr19Ni10N,304NG,0Cr20Ni11,1Cr18Ni12,0Cr18Ni9Cu3,Y1Cr18Ni9,Y1Cr18Ni9Se,1Cr17Mn6Ni5N,2Cr17Mn15NiN,1Cr18Mn10Ni5Mo3N,1Cr17Ni7,强度,N、Mn 代Ni,强度,C added N、Mn代Ni,切削性能,S added,表面加工,Se added,降低加工硬化,Ni added,冷加工性,Cu added,焊后耐蚀性,C Lowered,耐晶间腐蚀性,C Lowered,强度,N added,耐蚀性、强度,耐晶间腐蚀性,Ti added,耐晶间腐蚀性,Nb added,焊
7、接性,Cr Ni increased,强度,N added,核工业,Ta、Co Lowered,耐蚀性,Mo added,强度,N added,耐晶间腐蚀性,C lowered,强度、耐晶间腐蚀性,N added,耐还原介质,Cu added,强度,N added,耐蚀性,Mo added,耐晶间腐蚀性,C lowered,Cr Ni lowered,加工硬化,一、不锈钢基础知识,低铬系不锈钢的发展简图,410,409L,409SR,410S,410L,耐蚀性、成型性,C lowered,焊接性、成型性,C Cr lowered Mn Cu added,焊接性,C lowered,焊接性、成型
8、性,C Cr lowered Ti added,高温抗氧化性,Si added,410DH,420J1,420J2,耐磨性、硬度,C increased,耐磨性、硬度,C increased,420H,429J1,440A,C increased,耐磨性、硬度,Cr added,硬度,C added,耐磨性、硬度,410DB,Cr lowered Mn added C N controlled,未回火处理下提高硬度,一、不锈钢基础知识,中高铬系不锈钢的发展简图,430,430CuN,430LN,445MT,430LNM,434LN1,SX1,30-2,430UD,430XT,429EX,439
9、L,MH1,432LTM,436LT,430AB,430LNAB,18-3SR,20-5USR,高温氧化性,C lowered Al added,高温抗氧化性,C lowered Al increased La Zr added,抗细菌性,Ag added,焊接性、耐蚀性、成型性,C lowered Nb added Cr increased,高温强度、焊接性、成型性,C Lowered Nb Si added,高温强度,Mo added,成型性,C lowered Ti added,耐蚀性,Mo added,耐蚀性,Cu added,耐蚀性、焊接性,Cr increased,耐蚀性、焊接性、
10、成型性,C lowered Cr increased Nb added,耐蚀性,Mo added,耐腐蚀性,C lowered Mo increased,耐蚀性,C Increased,耐蚀性,Mo added,耐蚀性,Cu added,430J1,436J1,436L,焊接性、耐蚀性,Mo added,焊接性、耐蚀性,C lowered,444,445J1,445J2,447J1,434LN2,Mo Increased Ti added,耐蚀性、深冲性,耐蚀性,Cr Mo Increased Nb added,深冲性能,Mo increased,耐蚀性,C lowered Nb N adde
11、d,耐蚀性,Cr added,耐蚀性,C lowered Ti added,耐蚀性,Cr added,耐蚀性,一、不锈钢基础知识,优 良 中 差,一、不锈钢基础知识,钢的物理性能,一、不锈钢基础知识,一、不锈钢基础知识,不锈钢常见表面加工等级,一、不锈钢基础知识,晶间腐蚀贫Cr理论,Cr是钢耐腐蚀性的重要元素，无Cr不成其为不锈钢 Cr23C6在晶界析出，由内而外形成Cr含量的降低梯度 晶界附近的Cr含量小于12%，形成局部贫Cr区 贫Cr区钝化能力不足或完全失去，晶界被腐蚀 晶粒间失去结合力，剥落、开裂,一、不锈钢基础知识,晶间腐蚀对策措施（A钢）,室温状态C的溶解度约0.02% 合金元素方
12、法： 降低碳含量，避免多余的C形成Cr23C6。如：304L 添加稳定化元素：Ti、Nb，稳定化处理，使多余的C形成TiC或NbC析出。如：321、347 热处理方法：对于上述之外的不锈钢（如：304），加热到溶解温度以上，快速冷却，固溶处理，同时，要避免在Cr23C6析出敏感温度长期保温（450850）,一、不锈钢基础知识,晶间腐蚀试验方法,检验材料是否被正确地进行热处理 对于超低碳、稳定化不锈钢（304L、321），必须先对试样进行650 *2h的敏化热处理 对于普通不锈钢（304），直接进行晶间腐蚀试验,一、不锈钢基础知识,不锈钢的冶炼方法,一步法,二步法,三步法,二、不锈钢炼钢工艺及装
13、备,过程：熔化期-氧化期-还原期-精炼期-连铸,CC,对降低pCO的研究，催生了冶炼技术的进步 真空法VOD（ Vacuum Oxygen Decarburization ） 稀释法AOD（Argon Oxygen Decarburization ）,2C + O2 = 2CO (1) 4/3Cr +O2 = 2/3Cr2O3 (2),脱碳保铬,二、不锈钢炼钢工艺及装备,AOD精炼技术,1968年美国联合碳化物公司发明，该工艺生产的不锈钢已占到世界总产量的80 优点 可利用廉价的高碳铬铁和返回钢生产不锈钢 产能比EAF单炼提高4050% 设备简单、基建投资低（VOD的1/3） 操作方便，在大气
14、下稀释脱碳 可造渣、测温、取样，脱S好 缺点 氩气消耗量大 耐火材料单耗高,二、不锈钢炼钢工艺及装备,AOD二步法冶炼304L工艺,O2/Ar或N2,电炉熔化,出钢 C=1.5-4%,脱碳期1 Ar：O2=1：3 C=0.3%,还原期 加FeSi、SiCr 石灰、萤石造渣,连铸,脱碳期2 Ar：O2=1：2 C=0.13-0.15%,脱碳期3 Ar：O2=2：1 C0.03%,还原期 C0.02%,二、不锈钢炼钢工艺及装备,VOD精炼技术,1976年德国Witten发明 优点 真空下精炼，脱气效果好 低碳区真空搅拌脱氧，C、N含量低 在高真空度和强搅拌下进行自由脱碳 缺点 要求EAF低的的终点
15、碳（0.5%），配料成本高 脱S差 生产效率低,二、不锈钢炼钢工艺及装备,电炉熔化,粗脱碳 C=0.3-0.4%,还原脱氧,出钢,钢包除渣,真空吹氧 C0.02%,加冷却剂 合金料,真空脱气 C0.02%,连铸,VOD二步法冶炼304L工艺,二、不锈钢炼钢工艺及装备,AOD与VOD二步法工艺参数、钢质比较,二、不锈钢炼钢工艺及装备,三步法冶炼不锈钢特点,原材料适应性强，适合于吹炼高配碳（C1.8%-4.0%）的入炉粗钢水，生产成本降低 以N代Ar，Ar气消耗大幅度降低（1.0Nm3/t） AOD或转炉采用高供氧强度，脱碳速度很高（0.1%/min），可快速脱碳至0.2-0.3%，温度至1650
16、-1700，Cr的回收率高 VOD中真空条件下氮分压很低，低碳区脱碳速度较AOD也高，加上良好的底吹搅拌，有良好的的脱氮效果 产品范围广、质量高，可生产超低C、N钢，气体及夹杂物含量低,二、不锈钢炼钢工艺及装备,大包回转台 钢水包 中间包 结晶器 弧形连铸机 二冷 火焰切割,不锈钢连铸,二、不锈钢炼钢工艺及装备,连铸关键技术,温度控制 T凝固温度=1538-65C-13Si-4.8Mn-1.5Cr-4.3Ni-2.5Mo-5Cu 无氧化保护浇注：钢包、中间包、水口、结晶器 保护渣 结晶器振动 M-EMS电磁搅拌 S-EMS电磁搅拌,二、不锈钢炼钢工艺及装备,不锈钢薄带连铸连轧工艺,薄带连铸技术是冶金及材料研究领域内的一项前沿技术，它的出现正为钢铁工业带来一场革命，它改变了传统治金工业中薄型钢材的生产过程。将连续铸造、轧制、甚至热处理等整合为一体简化了生产工序，缩短了生产周期。最有发展前途的当属双辊薄带连铸技术
