TP347HFG 方坯生產(chǎn)實(shí)踐

張?jiān)鑫?/p>

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030003）

TP347HFG 是一種新型的鉻鎳鈮碳奧氏體耐熱鋼，具有較高的高溫持久強(qiáng)度和良好的抗氧化性能，主要用于制造大型鍋爐的過熱器及再熱器，是650 ℃以上火電機(jī)組首選材料之一[1]。隨著超超臨界機(jī)組發(fā)電機(jī)組開發(fā)，高溫性能、抗腐蝕性能和導(dǎo)熱性能更優(yōu)良的TP347HFG 逐步替代TP347H[2]。

本文介紹某鋼廠通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝，解決TP347H FG 方坯生產(chǎn)時(shí)浸入式水口內(nèi)孔擴(kuò)徑造成方坯表面出現(xiàn)通長縱向裂紋缺陷的問題，確保TP347HFG 方坯連鑄質(zhì)量與生產(chǎn)的穩(wěn)定。

1 生產(chǎn)工藝

TP347HFG 不銹鋼生產(chǎn)工藝流程：鐵水三脫預(yù)處理→90 t K-OBM-S→90 t VOD→90 t LF→方板兼容連鑄機(jī)（四流220 mm×220 mm 方坯），TP347 系化學(xué)成分見表1。

表1 TP347 系不銹鋼化學(xué)成分 %

TP347HFG 方坯生產(chǎn)時(shí)，方坯內(nèi)部經(jīng)常有中心疏松和縮孔缺陷。用中心疏松和縮孔缺陷的方坯作管坯料，穿孔時(shí)荒管內(nèi)壁會(huì)出現(xiàn)裂紋或重皮缺陷，不能滿足用戶要求。因此，投用結(jié)晶器電磁攪拌，解決方坯中心疏松和縮孔缺陷問題，但新的問題又出現(xiàn)：

當(dāng)1個(gè)中包連澆爐數(shù)大于3 爐時(shí)，浸入式水口內(nèi)孔擴(kuò)徑嚴(yán)重，內(nèi)孔由Φ32 mm 擴(kuò)至Φ55 mm，呈喇叭形（見圖1），方坯內(nèi)弧表面或某一側(cè)面出現(xiàn)一道通長縱向裂紋（見下頁圖2），裂紋深度1～5 mm、寬1～3 mm，部分方坯表面縱向裂紋修磨3 mm 仍未磨凈。按照企業(yè)判定標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)方坯表面裂紋深度大于2 mm時(shí)判廢，TP347HFG 方坯表面縱向裂紋廢品率高達(dá)19.32%。

圖1 浸入式水口內(nèi)孔擴(kuò)徑前后

TP347HFG 在VOD 用FeSi 還原，LF 進(jìn)行Ca 處理；浸入式水口本體材質(zhì)主要成分為Al2O3、SiO2和C。浸入式水口中的Al2O3、SiO2與Ca 處理鋼中的CaO 反應(yīng)形成鈣黃長石低熔點(diǎn)相，造成水口侵蝕，隨著侵蝕的進(jìn)行，水口內(nèi)孔體變得疏松多孔，大量熔鋼滲入，加快了水口侵蝕[3]。與此同時(shí)，在鋼液流動(dòng)沖刷、塞棒吹氬攪動(dòng)和電磁攪拌力三力共同作用下，加劇浸入式水口內(nèi)孔壁侵蝕剝落速度，150 min 內(nèi)浸入式水口內(nèi)孔擴(kuò)徑嚴(yán)重，呈喇叭形。一旦浸入式水口內(nèi)孔擴(kuò)徑呈喇叭形，插入深度大于140 mm，就會(huì)改變結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場，加劇鋼液對初生坯殼的沖刷，造成初生坯殼厚薄不均勻，導(dǎo)致方坯表面出現(xiàn)縱向裂紋。

圖2 方坯缺陷

2 改進(jìn)工藝

改進(jìn)工藝時(shí)，既要確保質(zhì)量，還要實(shí)現(xiàn)低成本。針對方坯表面縱向裂紋缺陷，從五個(gè)方面入手，本表兼冶，徹底解決浸入水口內(nèi)孔擴(kuò)徑造成方坯表面縱向裂紋缺陷的問題。

2.1 控制鉻鎳當(dāng)量之比

由于鋼種成分差異，TP347HFG 與TP347H 相比，更具有較強(qiáng)的縱向裂紋敏感性。冶煉過程中Cr、Ni 當(dāng)量之比控制也非常關(guān)鍵[4]。在方坯連鑄中，由于方坯表面和芯部的冷卻速度不同，鑄坯內(nèi)外產(chǎn)生較大且不能同步的熱應(yīng)力，如果Cr、Ni 當(dāng)量之比控制不當(dāng)，太低或太高都會(huì)導(dǎo)致方坯表面出現(xiàn)縱向裂紋。因此，對于TP347HFG 方坯Cr、Ni 當(dāng)量之比需有一個(gè)合理的控制范圍。另外，將熔煉成分C 含量控制在標(biāo)準(zhǔn)成分下限，Nb 含量也相應(yīng)降低，從而減少含Nb析出相，有效減少裂紋[5]。

經(jīng)過100 爐TP347HFG 方坯生產(chǎn)實(shí)踐，結(jié)合穿管驗(yàn)證，Cr、Ni 當(dāng)量之比＝1.35～1.40 為TP347HFG 減少縱向裂紋缺陷最佳控制范圍，其中Cr 當(dāng)量＝w（Cr）＋1.5×w（Si）＋0.5×w（Nb），Ni 當(dāng)量＝w（Ni）＋30×[w（C）＋w（N）]＋0.5×w(Mn)。

2.2 調(diào)整Ca-Si 線喂入量

為防止浸入水口中的Al2O3、SiO2與Ca 處理鋼中的CaO 反應(yīng)形成鈣黃長石低熔點(diǎn)相，造成水口侵蝕，Ca-Si 線喂入量由4 m/t 降為2 m/t。

2.3 優(yōu)化結(jié)晶器電磁攪拌參數(shù)

使用結(jié)晶器電磁攪拌，電流和頻率是兩個(gè)重要的參數(shù)。隨著電流的增加，鋼液內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度和電磁力均增加，鋼液攪拌速度也增加[6]。

220 mm×220 mm 方坯結(jié)晶器電磁攪拌參數(shù)范圍：電流0～800 A，頻率0～6 Hz。改進(jìn)前方坯No.1-4 流結(jié)晶器電磁攪拌參數(shù)均為：電流550 A、頻率4.5 Hz。對結(jié)晶器電磁攪拌參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，由原來的電流550 A/頻率4.5 Hz 改為電流350 A/頻率4.5 Hz。在降低鋼液內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度和電磁力，緩解鋼液對浸入式水口沖刷侵蝕的同時(shí)，也解決了中心疏松和縮孔缺陷的問題。

2.4 使用實(shí)芯塞棒

塞棒吹氬提高鋼液流速，防止浸入式水口堵塞，同時(shí)也增加了鋼液對浸入式水口內(nèi)壁的沖刷侵蝕。為降低鋼液對浸入式水口內(nèi)壁的沖刷侵蝕，將改進(jìn)前中心帶吹氬通道的塞棒改為實(shí)芯塞棒，連鑄生產(chǎn)時(shí)不再吹氬。

2.5 提高浸入式水口材質(zhì)

本文所述浸入式水口為直通型，由于成本原因，其結(jié)構(gòu)各部位材質(zhì)不同：本體Al2O3-C，渣線ZrO2-C，內(nèi)壁描黑部分Al2O3-ZrO2-C。如圖3 浸入式水口內(nèi)壁描黑部分縱向高180 mm，寬7 mm；橫向厚10 mm。對浸入式水口內(nèi)壁描黑部分材質(zhì)進(jìn)行改進(jìn)：w（ZrO2）由15%～20%提高到40%以上，w（SiO2）由20%～30%降低到12%以下，w（F.C）由4%提高到15%以上。

圖3 浸入式水口（mm）

3 實(shí)踐效果

通過控制Cr、Ni 當(dāng)量之比，調(diào)整Ca-Si 線喂入量，優(yōu)化結(jié)晶器電磁攪拌參數(shù)，使用實(shí)芯塞棒，改進(jìn)浸入式水口部分材質(zhì)五個(gè)措施，徹底解決了浸入式水口內(nèi)孔擴(kuò)徑問題。TP347HFG 方坯1個(gè)中包連澆爐數(shù)由3 爐提高到8 爐，低倍檢驗(yàn)無中心疏松和縮孔缺陷；鋼中五大類非金屬夾雜物評級均不大于1.0 級；方坯表面縱向裂紋廢品率由改進(jìn)前19.32%降為0。

4 結(jié)論

1）TP347HFG 方 坯 控 制Cr、Ni 當(dāng) 量 之 比 在1.35～1.40 之間，不但可降低方坯縱向裂紋產(chǎn)生機(jī)率，而且還有助于降低穿管時(shí)管坯表面裂紋產(chǎn)生的機(jī)率。

2）改進(jìn)工藝時(shí)，既要確保質(zhì)量，還要實(shí)現(xiàn)低成本，本表兼冶，全方位入手。