本公開內容涉及用于奧氏體不銹鋼鋼水的氬氧脫碳(aod)精煉法。

背景技術：

不銹鋼通常使用帶坯連鑄法來制造，因此與板坯連鑄法相比，可降低制造成本。優點還包括通過快速固化來抑制析出相和因夾雜物細化而具有優異的板坯內部質量等。因此，對其需求日益增加。

然而，為了改善不銹鋼級最終產品的可加工性，應將鋼水中碳(c)和氮(n)的水平控制為低水平。

通過將碳(c)和氮(n)的水平控制為低水平，可以降低不銹鋼的屈服強度并可改善其可成形性。當不銹鋼的屈服強度降低時，回彈現象減少并且可加工性(例如彎曲等)增加。因此，不銹鋼可用于各種不同目的的電子產品中，例如空調管等。

在使用真空氧脫碳(vod)形成的鐵素體不銹鋼的情況下，由于通過真空設備將氣氛控制至具有低分壓，因此脫碳效率因o2和ar吹送而提高，空氣的進入被阻擋，并且氮氣得到控制。因此，在鐵素體不銹鋼的情況下，鋼中的碳和氮含量可顯著降低。

另一方面，在僅使用氬氧脫碳(aod)形成的奧氏體不銹鋼的情況下，可能對碳和氮的含量降低存在限制。

(現有技術文獻)專利文獻1：韓國專利申請第2009-0128466號

技術實現要素：

技術問題

本公開內容的一個方面可提供用于奧氏體不銹鋼鋼水的氬氧脫碳(aod)精煉法，并且更特別地，涉及能夠在aod精煉中減少奧氏體不銹鋼鋼水中的碳和氮的氬氧脫碳(aod)精煉法。

另一方面，本公開內容的目的不限于上述說明。本公開內容的目的可通過本說明書的內容來理解。本領域技術人員不難理解本公開內容的其他目的。

技術方案

根據本公開內容的一個方面，用于奧氏體不銹鋼鋼水的氬氧脫碳(aod)精煉法包括：在電弧爐中制備奧氏體不銹鋼鋼水；通過調節奧氏體不銹鋼鋼水的碳濃度至2.0重量％至2.5重量％將所述奧氏體不銹鋼鋼水注入aod精煉爐中；通過向其中吹送氧氣(o2)和氬氣(ar)對所注入的奧氏體不銹鋼鋼水進行脫碳；以及通過向其中吹送氬氣(ar)對經脫碳的奧氏體不銹鋼鋼水進行還原-脫碳。

還原-脫碳可在ar的流量為50nm³/分鐘至55nm³/分鐘的條件下進行。

脫碳可通過逐漸減少氧氣的流量并逐漸增加氬氣的流量來進行。

氧氣的初始流量可為140nm³/分鐘至170nm³/分鐘。

在還原-脫碳之后奧氏體不銹鋼鋼水的氮濃度可為75ppm或更少。

以重量％計，在還原-脫碳之后奧氏體不銹鋼鋼水的成分包括：c：0.003％至0.16％，si：0.2％至0.7％，mn：1.0％至5.0％，p：0.03％或更少，s：0.02％或更少，cr：16％至18％，ni：7％至9％，mo：0.001％至0.200％，n：按重量計75ppm或更少，其剩余部分為鐵(fe)和其他不可避免的雜質。

此外，上述問題的解決方案未列出本公開內容的所有特征。本公開內容的各種特征、優點和效果可參考以下具體實施方案來更詳細地理解。

有益效果

根據本公開內容的一個示例性實施方案，可提供能夠在aod精煉中減少奧氏體不銹鋼鋼水的碳和氮的aod精煉法。

附圖說明

圖1為示出常規不銹鋼制造過程的示意圖。

圖2為示出在奧氏體不銹鋼(304j1)中，屈服強度根據c+n含量的變化的圖。

圖3為示出在cr的含量為18％的不銹鋼中，臨界碳濃度根據co分壓的變化的圖。

圖4為示出常規脫氮反應機理的示意圖。

圖5為根據將發明例和比較例應用于實際精煉的結果，對各個鑄次(castingnumber)的aod出鋼氮濃度進行比較的圖。

圖6為根據將發明例和比較例應用于實際精煉的結果，對各個鑄次的aod出鋼碳濃度進行比較的圖。

具體實施方式

下文中，將描述本公開內容的示例性實施方案。然而，本公開內容可示例為許多不同形式，并且不應解釋為限于本文所述的具體實施方案。還提供了本公開內容的實施方案，以向本領域技術人員更全面地描述本公開內容。

本發明人認識到在使僅使用氬氧脫碳(aod)形成的奧氏體不銹鋼的碳和氮含量降低方面可能存在限制，并已進行研究以解決這一問題。

結果，在適當控制aod過程的條件的情況下，可以確定鋼水中的碳和氮濃度得以有效地降低，從而完成了示例性實施方案。

圖1是示出制造不銹鋼的常規工藝的示意圖。將在電弧爐(electricarcfurnace，eaf)中熔化的熔融金屬(即，eaf中的熔融金屬)排出至裝料鋼包(chargingladle)，并使裝料鋼包傾斜以除去浮在熔融金屬上部的部分爐渣。此外，在除去剩余的殘留爐渣后，將eaf中的熔融金屬注入精煉爐中。在鋼水中，為了在氬氧脫碳(aod)精煉爐中除去碳，將氧氣和氬氣吹送入鋼水中進行脫碳。使鋼水通過用于對脫碳情況下產生的鉻和鐵的氧化物的進一步的還原過程。在用于調節鋼水的鋼包處理(lt)過程中，可以進行精細的成分調節、鋼水溫度均化、及底部鼓泡(b/b)以改善鋼水的品質。

為了改善最終產品的可加工性，需要鋼水中碳(c)和氮(n)的水平為低水平。當不銹鋼的屈服強度降低時，回彈現象減少并且可加工性(例如彎曲等)增加。因此，其具有可用于多種不同目的的電子產品(例如空調管等)中的優點。具體地，氮(n)對材料軟化的影響顯著較大，因而對氮的控制很重要。

圖2示出在奧氏體不銹鋼304j1中，屈服強度根據c+n含量的變化。當c+n的含量減少100ppm時，屈服強度趨于降低約6mpa至7mpa。當屈服強度保持在約200mpa或更小的水平時，材料具有進一步軟化特性。因此，所述材料可應用于需要高軟化特性的部件中，例如空調管。具體地，在aod工藝期間通過充分的脫碳操作將碳移除之后需要將碳排出，并且在aod工藝期間通過促進脫氮的操作和防止吸附的操作將氮充分移除之后需要將氮排出。

此外，ka4至ka7表示樣品編號(no.)。ka6和ka7是通過氬氧脫碳(aod)工藝獲得的值。ka4和ka5是通過真空氧脫碳(vod)工藝獲得的值。確定aod過程受到c+n的濃度降低的限制。

下文中，將詳細描述根據一個示例性實施方案的一個方面的用于奧氏體不銹鋼鋼水的aod精煉法。

根據一個示例性實施方案的一個方面的用于奧氏體不銹鋼鋼水的aod精煉法包括：在電弧爐中制備奧氏體不銹鋼鋼水；通過調節奧氏體不銹鋼鋼水的碳濃度至2.0重量％至2.5重量％將所述奧氏體不銹鋼鋼水注入aod精煉爐中；通過吹送氧氣(o2)和氬氣(ar)對所注入的奧氏體不銹鋼鋼水進行脫碳；以及通過吹送氬氣(ar)對經脫碳的奧氏體不銹鋼鋼水進行還原-脫碳。

鋼水輸入操作

準備電弧爐、奧氏體不銹鋼鋼水，并將奧氏體不銹鋼鋼水的碳濃度調節至2.0重量％至2.5重量％，以將所述奧氏體不銹鋼鋼水注入氬氧脫碳(aod)精煉爐中。

為了在aod精煉期間除去溶解在鋼中的氮，需要提高氮氣在鋼包上方的排放量。圖4中示出了常規脫氮反應機理。

1)液體中的每個氮原子以未指定方向移動，但其整體向界面移動。2)向界面移動的氮原子在界面處被吸附。3)在界面處被吸附的氮原子彼此碰撞。4)經碰撞的氮原子成為氮分子(n2)，并且從液體層的界面移動至氣體層的界面。5)向氣體層界面移動的n2成為氣體而向蒸氣層移動。

通常，在脫氮反應中產生氮分子(n2)的操作4)是速控(ratelimiting)操作。具體地，氮原子移動至反應界面而以低氮濃度生成分子的操作是速控操作，因此co、co2或ar氣泡用于使氮原子朝向反應界面移動，從而促進分子生成。

為了通過co、co2或ar氣泡使氮原子向反應界面移動，需要增加精煉脫碳期間co氣體的產生量，co氣體通過精煉爐上部的頂部噴槍以及通過其下部中的風管(tuyerepipe)吹送氧氣而產生。

鋼中通過化學反應產生的co氣體上升至界面。在這種情況下，產生了氣流，其中鋼水內部的氮原子被co氣體吸附，并且所述co氣體上升至界面。結果，氮原子移動至界面層而除去氮。為此，將鋼水的碳濃度調節至比常規碳濃度高的2.0重量％至2.5重量％，以將鋼水注入氬氧脫碳(aod)精煉爐中，從而增加co氣體的量以減少鋼中的氮。

在碳濃度小于2.0重量％的情況下，co氣體的產生量不足，因此氮減少的效果可能不足。另一方面，在碳濃度超過2.5重量％的情況下，在出鋼時碳濃度明顯較高，因此最終產品的屈服強度增加。因此，優選碳濃度為2.0重量％至2.5重量％。

由于電弧爐出鋼碳濃度增加，如下文所述可產生更大量的co氣體。由于通過精煉爐上部的頂部噴槍注入的o2，脫碳通過以下過程從精煉爐初始碳濃度進行至各個操作的臨界碳濃度：由反應[c]+[o]＝co(g)引起的直接脫碳和由反應cr2o3+3[c]＝2[cr]+3co(g)引起的間接脫碳。當碳濃度達到臨界碳濃度且脫碳效率降低時，調節注入的氧濃度以提高脫碳效率，因此，碳濃度逐漸降低，從而降低下一操作中的臨界碳濃度。通常，從第一吹送操作至第五吹送操作或進一步在脫碳操作中，使氧氣的流量逐漸減少并使氬氣的流量逐漸增加以進行脫碳，并因此可以有效地除去碳同時抑制鉻的氧化。因此，在aod精煉后，在出鋼時，鋼水中碳的含量可被降低。

脫碳操作

將氧氣(o2)和氬氣(ar)吹送所注入的奧氏體不銹鋼鋼水中，以對所述奧氏體不銹鋼鋼水進行脫碳。

不銹鋼中的脫碳精煉顯示，脫碳有效地進行，同時具有高氧化能力且相對昂貴的cr的氧化得到抑制。通常，在含cr鋼水的脫碳反應中，吹送鋼水中的氧氣首先使cr氧化，并且脫碳通過其氧化物介質進行。具體反應根據如下關系表達式進行。

[c]+[o]＝co(g)

2[cr]+3[o]＝cr2o3

cr2o3+3[c]＝2[cr]+3co(g)

logk＝-40,990/t+25.83

在此，ai：i組分的活度，k：平衡常數，以及pco：co氣體的分壓。

在這種情況下，脫碳操作可通過逐漸減少氧氣的流量并逐漸增加氬氣的流量來進行。

參照圖3，(其為示出了在cr的含量為18％的不銹鋼中，臨界碳濃度根據co分壓的變化的圖)臨界碳濃度可表示為co分壓、cr的活度(cr的濃度)和溫度的函數。如圖3中所示，在較高溫度、較低co分壓和較低鉻濃度下，臨界碳濃度降低。

換言之，在碳被從鋼水中除去時，平衡鉻濃度降低。鋼水中的鉻不存在于平衡濃度以上，因此鉻以高速率被氧化。當溫度增加或co分壓減小時，在相同的鉻濃度下平衡碳濃度降低。因此，在鉻的氧化得到抑制的同時可有效地除去碳。

因此，用于降低co分壓的方法是，通過適當控制o2氣與ar氣之比調節與碳反應的o2的量，并且通過調節ar的注入量以優化co氣體的向上排放來顯著提高co氣體反應的效率。

在脫碳操作中，脫碳通過逐漸減少氧氣的流量并逐漸增加氬氣的流量來進行，從而有效地降低co分壓。因此，在相同的鉻濃度下平衡碳濃度降低時，可有效地除去碳，同時抑制鉻的氧化。

例如，如下文所述，在脫碳操作中的第一吹送操作至第五吹送操作中，脫碳通過逐漸減少氧氣的流量并逐漸增加氬氣的流量來進行，由此有效地除去碳，同時抑制鉻的氧化。

第一吹送操作o2:ar＝150nm³/分鐘:20nm³/分鐘，臨界碳濃度0.35重量％

第二吹送操作o2:ar＝60nm³/分鐘:20nm³/分鐘，臨界碳濃度0.20重量％

第三吹送操作o2:ar＝45nm³/分鐘:45nm³/分鐘，臨界碳濃度0.10重量％

第四吹送操作o2:ar＝20nm³/分鐘:60nm³/分鐘，臨界碳濃度0.05重量％

第五吹送操作o2:ar＝12nm³/分鐘:48nm³/分鐘，臨界碳濃度0.01重量％

此外，為了在吹送期間根據[c]％降低pco，需要增加惰性氣體的量。對于惰性氣體，可使用ar，但可使用相對廉價的n2，只要其在質量方面沒有缺陷即可。然而，在一個示例性實施方案中，為了降低屈服強度并增加可成形性和可加工性，需要顯著降低c+n的含量。因此，將ar用于惰性氣體。

優選氧氣的初始流量為140nm³/分鐘至170nm³/分鐘。

在氧氣的初始流量小于140nm³/分鐘的情況下，可能出現脫碳效率低的問題。在氧氣的初始流量超過170nm³/分鐘的情況下，氧氣可殘留在鋼水中而產生氧化物(夾雜物)，從而引起品質劣化。

還原-脫碳操作

向經脫碳的奧氏體不銹鋼鋼水中吹送氬氣(ar)以進行還原-脫碳，從而進一步減少在脫碳操作中產生的鉻和鐵的氧化物。

在這種情況下，還原-脫碳可在ar的流量為50nm³/分鐘至55nm³/分鐘的條件下進行。如上所述，還原-脫碳中的ar氣用于使氮原子移動至反應界面。

由于將ar的流量控制為50nm³/分鐘至55nm³/分鐘，高于其常規流量，氮原子被吸附至ar、惰性氣體的氣泡表面，以使氮原子移動至反應界面，從而促進氮的分子化以有效地減少氮。

在ar的流量小于50nm³/分鐘的情況下，氮減少的效果不足。

如上所述，ar注入的原理如下：在通過aod精煉爐下部中的管注入ar時，通過使包含在鋼水中的氮分子容易地吸附到ar氣泡中，經由向上方向的氣泡流來除去氮。在ar的流量過高的情況下，由于從下部上升的氣泡流較強，因此其上部的鋼水和覆蓋鋼水的爐渣暴露于氣氛，因而更確切地說可能發生氣氛中的氮溶解于鋼中的氮吸附現象。因此，優選ar的流量上限為55nm³/分鐘。

此外，在還原-脫碳操作后鋼水中的氮濃度可為75ppm或更小，更優選地，70ppm或更小，還更優選地，65ppm或更小。

此外，以重量％計，在還原-脫碳操作后鋼水的成分包括：c：0.003％至0.16％，si：0.2％至0.7％，mn：1.0％至5.0％，p：0.03％或更少，s：0.02％或更少，cr：16％至18％，ni：7％至9％，mo：0.001％至0.200％，n：按重量計75ppm或更少，其剩余部分為鐵(fe)和其他不可避免的雜質。

發明的實施方案

下文中，將通過實施方案更詳細地描述本公開內容。然而，應注意，下文所述實施方案旨在更詳細地描述本公開內容而不旨在限制本公開內容的范圍，因為本公開內容的范圍由權利要求書中所述的內容和由其合理推斷的內容來確定。

(實施方案1)

進行aod精煉以獲得鋼水，以重量％計，所述鋼水包含：c：0.003％至0.16％，si：0.2％至0.7％，mn：1.0％至5.0％，p：0.03％或更少，s：0.02％或更少，cr：16％至18％，ni：7％至9％，mo：0.001％至0.200％，n：按重量計75ppm或更少，其剩余部分為鐵(fe)和其他不可避免的雜質，并且將表1中所注入的鋼水的碳濃度和還原-脫碳的ar流量應用于aod精煉奧氏體不銹鋼鋼水。

下文中，測量aod出鋼氮和碳濃度并在表1中描述。

【表1】

與比較例1和2相比，在滿足一個示例性實施方案的控制條件的發明例1至3中，確定aod出鋼氮和碳濃度降低。

(實施方案2)

為了將一個示例性實施方案中的方法與常規方法進行比較，在圖5和6中示出將一個示例性實施方案中的方法和常規方法應用于實際精煉的結果。在第1周至第7周，注入的鋼水的碳濃度為1.4重量％，并且還原-脫碳的ar流量為45nm³/分鐘。在第8周至第14周，其碳濃度為2.5重量％，并且還原-脫碳的ar流量為55nm³/分鐘。

在應用常規精煉法的第1周至第7周，示出70ppm或更高的氮濃度和60ppm或更高的碳濃度，但在應用根據一個示例性實施方案的精煉法的第8周至第14周，確定氮和碳濃度明顯降低。

(實施方案3)

此外，為了確定脫碳操作中的初始o2濃度變化，在表2中的條件下進行另外的實驗，并在表2中描述第一aod吹送操作中的碳濃度。此處，aod注入的鋼水的初始碳濃度等于2.0重量％。

【表2】

如表2中所示，當脫碳操作中的初始o2流量，即，第一吹送操作aod鋼水注入氧流量為140nm³/分鐘或更大時，確定脫碳效果進一步提高。

雖然已在上文中示出和描述了示例性實施方案，但對本領域技術人員明顯的是，可以進行修改和改變而不背離如所附權利要求書所限定的本公開內容的范圍。