SUS405耐热铁素体不锈钢的开发生产

SUS405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。

铝作为SUS405的合金化元素保证钢种的耐热性，为保证铝的收得率，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“结鱼”等问题。SUS405从冶炼到连铸生产工艺方面的文献报道较少，因此开发利用GOR炉+LF炉工艺低成本冶炼SUS405耐热铁素体不锈钢，具有重要的现实意义。

根据钢种特点，结合装备条件，对SUS405的生产工艺进行了如下设计：高炉铁水→“三脱”站处理→GOR炉冶炼→铝合金化→LF炉精炼→全程保护浇铸。

为保证钢的力学性能和耐热性能，SUS405耐热铁素体不锈钢熔炼成分设计如表1所示，对碳氮含量、铝含量、夹杂物控制水平要求高，冶炼工艺条件苛刻。必须解决的问题有：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；成品铝含量的保证等。

表1 SUS405熔炼成分控制标准

注：表中所列成分除标明范围外，其余均为最大值。

SUS405采用全铁水冶炼，冶炼前期，由于铁水含碳量较高，供氧强度是碳氧反应的限制环节，因此提高顶枪供氧强度，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。当碳含量脱至目标值，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，增加一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，在脱碳的同时避免铬元素的大量氧化，脱碳目标控制为[C]≤0.05%，下表2为优化的GOR炉冶炼SUS405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

SUS405碳含量约为0.03%，根据碳氧平衡原理势必造成钢水中氧含量比一般不锈钢高（普通不锈钢[C]约0.05%），铝作为该钢种重要的合金化元素，对钢中氧含量要求极高，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，不仅增加成本，而且增加渣量，降低炉渣碱度，弱化去除夹杂的能力。采用硅、铝复合脱氧并扒除还原渣，不仅能完成深脱氧而且还能尽可能的避免Al2O3、MgO·A2O3等高熔点夹杂物对钢水的污染。

铝具有极强的还原性，高温易氧化，为保证铝的收得率，经试验最终采用GOR出钢前在钢包加入铝，钢水终点氧含量≤15ppm的情况下，铝的收得率约为65%，但因不锈钢LF精炼及弱吹氩时间长，存在钢中铝含量随时间降低的情况，若LF精炼后期钢中铝含量低，由于钢包渣层较厚，很难通过加铝粒或喂铝线等方式提高铝含量，所以在出钢合金化时一定要充分考虑出钢至开浇时间，保证最终的铝含量。

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≥100mm，必须垂直于刚液面。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，并起到吸附夹杂和隔热保温的作用。结晶器加入专用保护渣，同样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。

试制铸坯断面规格为200×1520mm，对其内部质量进行检测分析。按照GB/T266-2015要求，进行取样，保证是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，低倍组织如下图1所示。根据YB/T4003-1997对低倍组织进行评定，中间裂纹0级，中心偏析C0.5级，中心疏松0.5级，等轴晶粒46%，铸坯内部质量控制较好。

图1 SUS405铸坯低倍组织

经后续热轧后，钢带成品厚度为3.5mm，经检测夹杂物主要以B类和D类为主，级别不超过1.0级，如下表3所示。

表3 夹杂物检测结果

厚度规格3.5mm的SUS405退火钢带力学性能如下表4，符合用户使用要求。

表4 力学性能