如何控制双相不锈钢中锰和硫含量？

双相镍铬不锈钢中含锰量（质量分数）通常小于2.5%。锰在钢中主要以MnS形态沿晶界分布。由于MnS易溶于含氯离子的酸性介质中，就成为孔蚀的源头。随钢中MnS含量的增加，双相不锈钢耐孔蚀性能下降。因此，控制钢中含锰量、降低含硫量，就成为双相不锈钢冶炼成分控制的重要内容之一。

控制钢中MnS含量的关键，是降低含硫量。当钢中含硫量（质量分数）小于0.005%时，双相不锈钢的耐孔蚀性能得到明显的改善。此时，钢中含锰量应控制在0.40%～0.50%。下面着重介绍双相不锈钢冶炼过程钢中含硫量和含锰量的控制要点。

1.冶炼原材料的选择

中频感应炉和真空感应炉冶炼过程使用的脱硫方法大致相同，脱硫效果差别不大。为了保持冶炼成品含硫量（质量分数）达到0.0050%水平，对原材料中的含硫量提出严格的要求。这些要求在原材料质量标准中均能达到。

以中频感应炉冶炼00Cr25Ni7Mo4N钢的配料为例，对原材料的质量提出要求，特别是对C、P、S等的要求。

表7-10列出中频感应炉冶炼00Cr25Ni7Mo4N钢100kg的配料。下面对表中内容作说明：

（1）冶炼钢的控制目标和配料成分 钢的冶炼控制目标列于表中，即各成分（质量分数，%）为：C0.025，Si0.40，Mn0.50，P0.025，S0.005，Cr25.0，Ni7.0，Mo3.5，N0.28。

钢的配料成分（质量分数，%）总计为：C0.0236，Si0.61，Mn0.44，P0.0197，S0.0140，Cr25.0，Ni7.0，Mo3.5，N0.273。

（2）关于元素含量的说明

1）碳元素含量（质量分数）。碳的配料成分（质量分数）为0.0236%，中频感应炉冶炼后，由于冶炼过程增碳（质量分数）0.004%左右，成品含碳量约小于0.028%。真空感应炉冶炼有降碳能力，成品含碳量可控制在0.015%～0.020%。

表7-10 中频感应炉冶炼00Cr25Ni7Mo4N钢100kg的配料单

① 此行数据为钢的化学成分。

② 此行数据为计算配料的化学成分

③ 脱氧用硅钙合金，不计入配料总量。

2）硅元素含量（质量分数）。硅的配料成分为0.61%。中频感应炉冶炼时，熔化期硅脱氧消耗约0.2%，熔清后钢液含硅量，约为0.40%。

3）氮元素含量（质量分数）。随坩埚装入的炉料带入的氮量应少于成品含氮量的30%。扣除氮化铬铁带入的含氮量0.18%，由炉料带入的含氮量为0.093%，符合要求。

4）硫元素含量（质量分数）。配料含硫量为0.0140%，与目标含量0.005%差距为0.009%。这个差距将通过脱硫工艺使含硫量从0.014%降低到0.005%。

（3）冶炼用原材料的综合要求

1）对含硫量要求。配料含硫量（质量分数）不得大于0.014%，应尽量降低配料含硫量。因为，碱性渣+沉淀脱硫率为60%，配料含硫量（质量分数）为0.014%时，成品含硫量（质量分数）为0.0056%。

2）对含碳量要求。要求配料含碳量（质量分数）应达到不大于0.022%应尽量降低中频感应炉冶炼配料含碳量。真空感应炉配料含碳量可以提高到0.030%～0.035%。

3）对含磷量要求。配料含磷量（质量分数）应控制在不大于0.020%。

2.碱性还原渣脱硫

利用碱性还原渣在中频感应炉和真空感应炉冶炼镍铬合金钢时，脱硫率可以达到40%～55%，钢中最低含硫量（质量分数）达到0.0080%～0.0060%。

（1）碱性还原渣的制备 碱性还原渣由CaO=80%（质量分数，下同）、CaF₂=20%组成，经熔化精炼后，破碎成0～5mm粒度使用。原材料由CaO≥90%活性石灰和CaF₂≥92%萤石，按照上述比例配料。烘烤干燥后，在单相石墨电极化渣炉（电渣重熔化渣炉）中进行熔化和精炼。精炼时，用铝粉加入熔渣，将渣中FeO、SiO₂、MnO还原，降低其含量以提高CaO活度。精炼渣注入铁模，冷却后破碎待用。(www.xing528.com)

（2）碱性还原渣的使用方法 碱性还原渣使用前应烘烤至400℃左右，除去水分。中频感应炉用量（质量分数）为0.30%～0.40%，真空感炉用量为0.15%～0.20%。渣料粒度0～5mm，大型炉为0～10mm。

装料前，将碱性还原渣料装入坩埚底部；然后装入易熔炉料，如返回料；再依次装入其他炉料。熔化期成渣后即进行脱硫反应。使用时，应根据脱硫效果适时调整渣量。

3.活性石灰粉脱硫

真空感应炉冶炼双相不锈钢时，为了增强脱硫效果，可以补充使用活性石灰粉脱硫。脱硫率可以达到30%～40%，最低含硫量（质量分数）达到0.005%～0.003%。

使用方法：活性石灰粉应保持新鲜干燥状态，分期分批加入炉内和钢液表面。装料前，在坩埚底部装一批；加料后期装入第二批；熔清后加入第三批，并起动电磁搅，取样分析含硫量。每间隔一定时间，连续取样分析含硫量，直至得到稳定含硫量，停止脱硫。

4.沉淀脱硫

沉淀脱硫也是常用的脱硫方法。通过向脱氧良好的钢液中加入对硫亲和力强的元素，如钙、钡、稀土元素等，形成稳定的硫化物，减轻硫的危害和降低含硫量。

（1）中频感应炉内的沉淀脱硫 中频感应炉冶炼镍铬不锈钢时，钢液终脱氧后，向钢包中加入质量分数为0.20%～0.30%的混合稀土合金，可以实现脱硫率30%～45%，最低含硫量可以达到0.013%（质量分数，下同）。如果原始含硫量降低到小于0.010%时，加入混合稀土合金，可使最低含硫量达到0.005%左右。

（2）真空感应炉内沉淀脱硫 在精炼期结束后，向钢液加入稀土元素或合金，可以实现深度脱硫。当稀土元素加入量为质量分数0.20%时，脱硫率可达到40%左右；加入量增加到0.30%时，脱硫率可达到60%。因此，当前期采用碱性渣脱硫，后期采用沉淀脱硫，如果原配料含硫量为0.014%（质量分数，下同）时，真空感应炉冶炼双相钢的含硫量将达到0.005%。

综上所述，利用中频感应炉冶炼+电渣重熔，可以生产含硫量小于0.0040%（质量分数，下同）的双相不锈钢。利用真空感应炉控制配料含硫量小于0.014%时，完全可以生产含硫量为0.0050%的双相不锈钢。

总之，控制原料含硫量、采取有效地脱硫工艺方法是生产低硫双相不锈钢的关键。

5.双相不锈钢中含锰量的控制

（1）锰对双相不锈钢耐孔蚀性的影响 锰对耐孔蚀性能的不利影响，是由于锰与硫形成MnS，成为孔蚀之源。如果钢中含硫量降低到0.005%（质量分数，下同），含锰量控制在0.60%时，钢的耐孔蚀性会得到显著改善（见表7-7中数据）。因此，只要钢中含硫量达到0.005%时，含锰量控制在0.50%～0.60%是适宜的。

锰对含钼双相不锈钢的孔蚀性能的影响不明显。图7-16示出含锰量对双相不锈钢孔蚀电位的影响。其中对含钼钢无影响，对不含钼钢随着含锰量增加，孔蚀电位下降，孔蚀性能变差。锰量对双相不锈钢孔蚀速度的影响见图7-17。由此可见，在含钼双相不锈钢中，含锰量可以适当提高；不含钼的双相不锈钢中，在降低含硫量的前提下，应将含锰量（质量分数）控制在0.50%左右。

图7-16 锰对双相不锈钢孔蚀电位的影响

（5%H₂SO₄+3%NaCl溶液，35℃）○—25Cr5NiN●—25Cr8NiMoN

（2）双相不锈钢中锰的脱氧作用 双相不锈钢的炉料中，硅、锰、碳含量均很低。熔化期钢液主要依靠硅、锰脱氧以减少铬的氧化。锰的脱氧产物MnO与钢液中SiO₂结合，形成低熔复合氧化物MnO-SiO₂，熔点1291℃，密度3.72g/cm³，容易从钢液上浮排除。因此，从钢液脱氧和夹杂物去除考虑，钢中含锰量应控制在一定水平。通常作为熔化期预脱氧和防止钢液过氧化出发，炉料配料含锰量（质量分数）不应低于0.50%。

总之，双相不锈钢含锰量（质量分数）保持在0.50%左右比较合理。

图7-17 含锰量对双相不锈钢孔蚀速度的影响

（50g·L^-1FeCl₃+0.05M HCL，50℃）

○—25Cr5NiN●—25Cr8NiMoN