高合金不銹鋼連鑄生產(chǎn)實踐與質(zhì)量控制

李靖宇， 白永康

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鋼一廠， 山西 太原 030003）

高合金不銹鋼屬不銹鋼中的高端產(chǎn)品，具有優(yōu)良的耐腐蝕性、高溫性能等，廣泛應(yīng)用于化工、火電、航空航天、軍工等行業(yè)。高合金不銹鋼雖然具有優(yōu)異的使用性能，但因其合金含量高，與常規(guī)18-8不銹鋼相比，具有熱塑性差、裂紋敏感性強(qiáng)等特點，連鑄生產(chǎn)較為困難。

表1 高合金不銹鋼主要成分 %

太鋼煉鋼一廠1280 mm立式板坯連鑄機(jī)是新中國成立以來國內(nèi)首臺不銹鋼板坯連鑄機(jī)，建于1985年，專用于Cr-Ni不銹鋼的生產(chǎn)，至今已有32年的歷史。通過立足于原有鑄機(jī)本體，引進(jìn)奧鋼聯(lián)結(jié)晶器液壓非正弦振動、二冷動態(tài)配水、質(zhì)量自動判定系統(tǒng)等技術(shù)，實施一系列裝備升級改造，實現(xiàn)了效率和質(zhì)量的大幅度提升。鑒于立式連鑄機(jī)在生產(chǎn)高合金不銹鋼的巨大優(yōu)勢，大力開展高合金不銹鋼連鑄工藝開發(fā)、改進(jìn)工作，針對不銹鋼板坯質(zhì)量進(jìn)行一系列改善，提升了鑄坯質(zhì)量。

1 不銹鋼生產(chǎn)工藝及裝備

不銹鋼板坯生產(chǎn)工藝路線：1座90 t超高功率交流電弧爐，3座45 t AOD精煉爐，1座45 t LF爐，1臺1280 mm立式板坯連鑄機(jī)。立式板坯連鑄機(jī)工藝參數(shù)見表2。

表2 立式板坯連鑄機(jī)工藝參數(shù)

2 提高鑄坯表面質(zhì)量的工藝改進(jìn)

高合金不銹鋼因其合金含量高，導(dǎo)熱性能差，易出現(xiàn)初生坯殼厚度不均勻，如果作用于寬面坯殼的熱應(yīng)力、組織應(yīng)力和摩擦力超過高溫坯殼的允許強(qiáng)度，沿樹枝晶間或奧氏體晶界產(chǎn)生斷裂，在二冷過程中不斷擴(kuò)大，最終產(chǎn)生裂紋。

2.1 保護(hù)渣優(yōu)化試驗

工藝改進(jìn)前采用保護(hù)渣A，生產(chǎn)過程中其液渣層厚度薄，渣耗低，初生坯殼與結(jié)晶器銅板間渣膜厚度偏薄，無法均勻地分布在坯殼與銅板表面結(jié)晶器渣殼間，導(dǎo)致鑄坯橫向傳熱不均勻，影響鑄坯初生坯殼厚度均勻性，在熱應(yīng)力、組織應(yīng)力和摩擦力的多重作用下產(chǎn)生裂紋。改善結(jié)晶器內(nèi)傳熱和潤滑，一般通過增加其消耗量[1]，對融化溫度、黏度等物性參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整后的保護(hù)渣性能如下頁表3。

從表2可以看出，保護(hù)渣B在原保護(hù)渣基礎(chǔ)上，將融化溫度降低45℃，加快化渣速度；保護(hù)渣C在原保護(hù)渣基礎(chǔ)上，將融化溫度降低55℃的同時，降低了液渣黏度。

圖1 結(jié)晶器內(nèi)保護(hù)渣分布

表3 保護(hù)渣物性參數(shù)

2.2 振動參數(shù)調(diào)整

一般來說，高振頻、低振幅的振動參數(shù)可有效地降低鑄坯振痕深度，一定程度上降低鑄坯橫裂、卷渣等缺陷。但連鑄振動工藝主要功能為“脫?！?，即通過振動使結(jié)晶器內(nèi)的初生坯殼與結(jié)晶器壁相脫離，避免粘接[2]。實際觀察發(fā)現(xiàn)，過分提高振頻、降低振幅，結(jié)晶器負(fù)滑脫時間tn達(dá)到一定值后，保護(hù)渣無法均勻滲入，造成鑄坯潤滑不良，振痕紊亂，大大增加連鑄坯粘接漏鋼傾向。故對高合金不銹鋼振動參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，振動參數(shù)見表4。

表4 振動參數(shù)

針對高合金不銹鋼合金含量高，導(dǎo)熱慢等諸多特點，采用大振幅、低頻率的振動方式，提高負(fù)滑脫時間，促進(jìn)保護(hù)渣滲入，改善其潤滑、傳熱及“脫?！睏l件，鑄坯表面振痕平直完整，同時降低了粘接漏鋼的風(fēng)險。

2.3 二冷配水

出結(jié)晶器坯殼因二冷區(qū)冷卻強(qiáng)，則沿拉坯方向鑄坯表面溫差大，在熱應(yīng)力作用下，坯殼薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致縱裂。故對二冷配水進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整參數(shù)見表5。

針對高合金不銹鋼鋼種特性，適當(dāng)降低其二冷強(qiáng)度，減少鑄坯表面拉坯方向溫度梯度，很大程度上減少了鑄坯裂紋的產(chǎn)生。

通過一系列的過程參數(shù)調(diào)整，鑄坯表面凹陷、縱裂等缺陷明顯減少，圖2-1為采用原工藝生產(chǎn)的表面，凹陷嚴(yán)重，局部產(chǎn)生裂紋，圖2-2為優(yōu)化后鑄坯表面，振痕平直完整，無凹陷、裂紋等缺陷。

表5 二冷配水方案 L·min-1

表6 鑄坯表面溫度

圖2 改善前后鑄坯表面對比

3 提高鑄坯內(nèi)部質(zhì)量

高合金不銹鋼因合金含量高，導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)低于普通不銹鋼，連鑄過程中鑄坯表面與內(nèi)部溫度梯度大，柱狀晶發(fā)達(dá)，易形成凝固橋，導(dǎo)致鑄坯中心疏松，低倍質(zhì)量差，在后續(xù)軋制過程中易產(chǎn)生裂紋、分層等缺陷。

表7 高合金不銹鋼與普通不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)[100℃，4.18 J/(cm·℃)]

3.1 溫度與拉速控制

當(dāng)前連鑄發(fā)展主流方向為高拉速生產(chǎn)，可有效減少振痕深度，降低橫裂及裹渣風(fēng)險；采用高過熱度，既有利于夾雜物上浮，也有利于澆鑄順行[3]。但對于高合金不銹鋼，因其合金含量高，導(dǎo)熱系數(shù)低，連鑄過程中鑄坯傳熱速率低，易造成表面與液芯溫差大，柱狀晶生長過快，形成凝固搭橋，產(chǎn)生中心疏松、晶間裂紋等缺陷，影響低倍質(zhì)量。

立式板坯連鑄機(jī)因其機(jī)型特點，液芯垂直于拉坯方向，夾雜物上浮效果極佳，同時不需進(jìn)行矯直，故澆鑄溫度、拉坯速度等有更大的選擇空間，為提升鑄坯低倍質(zhì)量，對澆鑄溫度、拉速進(jìn)行優(yōu)化，具體參數(shù)見下頁表8。

調(diào)整澆鑄溫度與拉速后，鑄坯低倍質(zhì)量明顯改善，如下頁圖3-1為采用原工藝生產(chǎn)的鑄坯低倍，柱狀晶粗大，中心疏松明顯，圖3-2為優(yōu)化后鑄坯低倍，中心疏松有了較大改善。

表8 溫度與拉速匹配

圖3 改善前后鑄坯低倍對比

3.2 功能精度優(yōu)化

因高合金不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)低，裂紋敏感性強(qiáng)，二冷區(qū)的不均勻會造成鑄坯表面回溫明顯，增加鑄坯裂紋風(fēng)險，故采用二冷反過濾系統(tǒng)，二冷反過濾系統(tǒng)投用后，二冷水嘴暢通率由83.6%提升至98.9%，提升了鑄坯表面溫度梯度均勻性。通過定期檢查、調(diào)整二冷各段，對中精度控制水平由±1.0 mm提升至±0.3 mm，降低了中心偏析、疏松及橫裂紋的發(fā)生率[4]。

4 結(jié)語

1）通過優(yōu)化結(jié)晶器保護(hù)渣理化性能、振動參數(shù)及二冷配水方式，連鑄坯表面缺陷率顯著降低，鑄坯質(zhì)量得到了提升。

2）通過優(yōu)化澆鑄溫度、拉速等工藝參數(shù)，加強(qiáng)設(shè)備功能精度管理，鑄坯中心疏松、內(nèi)裂紋等缺陷得到了有效地控制，提升了鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，減少了后續(xù)軋制過程中的裂紋、分層等缺陷。

3）通過上述諸多方面的改進(jìn)，高合金不銹鋼連鑄坯質(zhì)量得到了明顯改善。