一种低锰不锈钢材料及其制备方法

本发明属于不锈钢材料领域，具体涉及一种低锰不锈钢材料及其制备方法。特别适用于采用高锰含量的不锈钢废料制备低锰含量的不锈钢材料。

背景技术：

1、不锈钢材料中的锰元素主要来源于冶炼过程中的生铁、废钢、合金原料、脱氧剂和脱硫剂等。锰在不锈钢材料中会固溶于基体或者以mno、mns夹杂形式存在。锰具有强烈促进σ相等脆性相析出的作用，会降低不锈钢材料的塑韧性；mno夹杂会割裂基体的连续性，降低不锈钢材料的力学性能，在不锈钢材料塑性变形时会引起应力集中，成为裂纹萌生的起点；mns夹杂易在不锈钢液的凝固过程中沿晶界析出，会在腐蚀介质中溶解，成为点蚀和缝隙腐蚀源，降低不锈钢材料的耐点蚀、耐缝隙腐蚀性能。随着科技的快速发展，各行各业对不锈钢材料品质的要求也越来越高。尤其是目前伴随循环经济和低碳经济的不断发展，日益希望采用不锈钢废料直接短流程制备不锈钢材料，而高锰不锈钢废料中较高的锰含量成为了制备低锰不锈钢材料的瓶颈问题。因此，降低不锈钢材料中的锰含量是低锰不锈钢材料短流程低成本制备的迫切需求。

2、总之，开发一种稳定性好、成本低、效率高的不锈钢材料锰含量降低技术，制备低锰含量的不锈钢材料，对于促进不锈钢废料的利用、调控不锈钢材料中锰含量、提升不锈钢材料品质具有非常重要的意义。

技术实现思路

1、本发明针对采用不锈钢废料作原料制备不锈钢材料过程中对降低锰含量的迫切要求，提供一种低锰不锈钢材料及其制备方法。特别适用于采用高锰含量的不锈钢废料制备低锰含量的不锈钢材料。

2、根据本发明技术方案的第一方面，提供一种低锰不锈钢材料的制备方法，包括如下步骤：

3、步骤1：将原料放入熔化炉中进行熔化，获得不锈钢液，并保温；

4、步骤2：取样分析所述不锈钢液中的现有锰含量，根据目标锰含量和所述现有锰含量的情况，计算所需添加的降锰剂含量；

5、步骤3：向所述不锈钢液中加入所述降锰剂并进行充分搅拌，使所述降锰剂在所述不锈钢液中均匀分散并与所述不锈钢液中的锰充分发生反应生成含锰夹杂；

6、步骤4：反复去除所述不锈钢液中产生的所述含锰夹杂，实现对所述不锈钢液的预净化处理；

7、步骤5：对预净化处理后的所述不锈钢液进行控温冷却铸造成形，获得低锰不锈钢材料。

8、进一步的，还包括：将铸造成形的所述低锰不锈钢材料再次放入所述熔化炉熔化为不锈钢熔体，控制其熔化温度在所述低锰不锈钢材料的液相线温度与所述低锰不锈钢材料中凝固析出的残余含锰夹杂的熔点之间，使所述残余含锰夹杂悬浮于所述不锈钢熔体中或上浮至所述不锈钢熔体的表面，反复去除所述残余含锰夹杂实现对所述不锈钢熔体的净化处理，然后使所述不锈钢熔体凝固成形获得锰含量更低的不锈钢材料。

9、进一步的，所述原料中至少含有高锰含量的不锈钢废料和合金料。

10、进一步的，所述熔化炉为电弧炉、感应炉或电阻炉中的至少一种。

11、进一步的，所述降锰剂为金属硫化物或金属氧化物中的至少一种，所述金属硫化物为硫化亚铁、硫化铬或硫化镍中的至少一种，所述金属氧化物为氧化铁或氧化亚铁中的至少一种。

12、进一步的，所述降锰剂加入所述不锈钢液后的搅拌方式为机械搅拌、电磁搅拌、气体搅拌或超声波搅拌中的至少一种。

13、进一步的，所述含锰夹杂或所述残余含锰夹杂为硫化锰、氧化锰、固溶其他元素的硫化锰或氧化锰、硫化锰或氧化锰与其他氧化物组成的复杂夹杂中的至少一种。

14、进一步的，所述含锰夹杂或所述残余含锰夹杂的去除方法为扒渣法、静置澄清法、电磁净化法、过滤法、渣洗法、气泡浮选法、负压引流法或凝固锯切法中的至少一种。

15、进一步的，对处理后的所述不锈钢液或所述不锈钢熔体进行后续脱碳、脱硫、脱氧或合金化等精炼处理，获得所需的不锈钢材料。

16、进一步的，所述精炼处理采用的设备为aod、vod、vd或lf精炼炉中的至少一种。

17、根据本发明技术方案的第二方面，提供一种低锰不锈钢材料，所述低锰不锈钢材料采用根据以上任一方面所述的制备方法制备获得。

18、本发明的优点在于：

19、1、本发明的方法将低熔点的金属硫化物或金属氧化物加入高锰含量的不锈钢液中，使其在不锈钢液中或后续的控温冷却铸造过程中与锰元素发生反应生成高熔点的含锰夹杂，去除后能够显著降低不锈钢材料中的锰含量，获得低锰不锈钢材料。本发明避免了传统的向铸铁熔液中直接充入含氧气体而导致铸铁熔液中氧含量难以调控，以及向不锈钢液中直接充入含氧气体而使得不锈钢液中铬等其他元素被氧化损失严重且氧含量高等问题；同时也避免了传统的向铸铁熔液或钢液中直接添加混合硫酸钠或硫磺类脱锰处理剂导致铸铁熔液或钢液中硫含量过度增加并产生大量的硫磺熔渣，而且会给后续生产带来脱硫的难题。

20、2、本发明的方法将铸造成形的低锰不锈钢材料再次熔化，并控制其熔化温度在其液相线温度与其凝固析出的残余含锰夹杂的熔点之间，使残余含锰夹杂悬浮于不锈钢熔体中或上浮至不锈钢熔体的表面并利用物理方法进行去除，可以获得锰含量更低的不锈钢材料，具有降锰率更高的优点。

21、3、本发明的方法利用加入不锈钢液中的金属硫化物或金属氧化物易与锰反应生成高熔点含锰夹杂的特点，仅通过金属硫化物或金属氧化物对钢液进行预净化处理、控温冷却铸造、再次熔化和物理方法去除含锰夹杂即可实现高锰含量不锈钢材料中锰含量的快速有效降低，方便快捷制备得到低锰不锈钢材料，具有工艺简单、流程短、成本低、效率高等优势，特别适用于采用高锰含量的不锈钢废料制备低锰含量的不锈钢材料。

22、4、本发明的低锰不锈钢材料的锰含量低，纯净度高，综合性能优异。

1.一种低锰不锈钢材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种低锰不锈钢材料的制备方法，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的一种低锰不锈钢材料的制备方法，其特征在于，所述原料中至少含有高锰含量的不锈钢废料和合金料。

4.根据权利要求1所述的一种低锰不锈钢材料的制备方法，其特征在于，所述熔化炉为电弧炉、感应炉或电阻炉中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种低锰不锈钢材料的制备方法，其特征在于，所述降锰剂为金属硫化物或金属氧化物中的至少一种，所述金属硫化物为硫化亚铁、硫化铬或硫化镍中的至少一种，所述金属氧化物为氧化铁或氧化亚铁中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种低锰不锈钢材料的制备方法，其特征在于，所述降锰剂加入所述不锈钢液后的搅拌方式为机械搅拌、电磁搅拌、气体搅拌或超声波搅拌中的至少一种。

7.根据权利要求2所述的一种低锰不锈钢材料的制备方法，其特征在于，所述含锰夹杂或所述残余含锰夹杂为硫化锰、氧化锰、固溶其他元素的硫化锰或氧化锰、硫化锰或氧化锰与其他氧化物组成的复杂夹杂中的至少一种。

8.根据权利要求2所述的一种低锰不锈钢材料的制备方法，其特征在于，所述含锰夹杂或所述残余含锰夹杂的去除方法为扒渣法、静置澄清法、电磁净化法、过滤法、渣洗法、气泡浮选法、负压引流法或凝固锯切法中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的一种低锰不锈钢材料的制备方法，其特征在于，对处理后的所述不锈钢液或所述不锈钢熔体进行后续脱碳、脱硫、脱氧或合金化等精炼处理，获得所需的不锈钢材料；所述精炼处理采用的设备为aod、vod、vd或lf精炼炉中的至少一种。

10.一种低锰不锈钢材料，其特征在于，所述低锰不锈钢材料采用根据权利要求1至9中任一项所述的制备方法制备获得。