28.4 t 1Mn18Cr18N護(hù)環(huán)電渣錠生產(chǎn)

溫培建　向大林

(浙江電渣核材有限公司，浙江314305)

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28.4t1Mn18Cr18N護(hù)環(huán)電渣錠生產(chǎn)

溫培建向大林

(浙江電渣核材有限公司，浙江314305)

根據(jù)1Mn18Cr18N鋼特點(diǎn)，通過精心制備電極及控制電渣重熔過程，成功生產(chǎn)了重達(dá)28.4t的護(hù)環(huán)電渣錠。電渣錠表面質(zhì)量優(yōu)良，底部成型良好，頂部補(bǔ)縮密實(shí)平整。

1Mn18Cr18N；電渣重熔；電渣錠；護(hù)環(huán)

護(hù)環(huán)是發(fā)電機(jī)的重要部件，用來卡緊線圈端部承受高的離心力。為了防止在交變磁場中的損耗，護(hù)環(huán)應(yīng)是無磁鋼 。

1Mn18Cr18N護(hù)環(huán)鋼中，低C(≤0.10%)和高Cr(17.50%～19.60%)保證耐腐蝕性能，高M(jìn)n(18.00%～20.00%)保證順磁性，高Cr、高M(jìn)n保證N2的高溶解度，N保證γ相區(qū)，獲得穩(wěn)定奧氏體。本文報告護(hù)環(huán)用28.4t1Mn18Cr18N電渣錠重熔技術(shù)和生產(chǎn)結(jié)果。

1　電渣錠的化學(xué)成分要求

為了滿足百萬千瓦大型機(jī)組護(hù)環(huán)用鋼的要求，根據(jù)客戶的要求，成功研制并生產(chǎn)了28.4t的高M(jìn)n(19.10%)、高Cr(19.05%)、高N(0.70%)護(hù)環(huán)用電渣錠。電渣錠的化學(xué)成分要求見表1。

表1　電渣錠的化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1　The required chemical composition of ESR ingots (mass fraction, %)

2　電極生產(chǎn)

電極生產(chǎn)工藝流程為：EAF→VODC→VCD→VD→LF→澆注。

電極冶煉工藝要點(diǎn)：

(1)初煉鋼水轉(zhuǎn)入VODC時升溫至1 700℃以上，經(jīng)真空吹氧脫碳、真空碳脫氧和真空脫氣后，加入電解錳；

(2)VODC轉(zhuǎn)LF精煉爐時，不扒渣，避免在LF升溫過程中增C過多；

(3)LF升溫至1 700℃以后，渣扒光，然后加入CrN；

(4)電極模預(yù)熱充分，澆鑄過程采用氮?dú)猸h(huán)保護(hù)。

嚴(yán)格按工藝要點(diǎn)操作，自耗電極成分控制如表2所示，N的收得率很高，其中一爐N含量達(dá)到0.72%。自耗電極P含量很低，為0.017%左右。電極表面無裂紋、翻皮、重皮、結(jié)疤、飛邊等缺陷，冒口飽滿平坦，水口端鋸切后，端面質(zhì)量優(yōu)異，如圖1所示。

表2　電極化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 2　Chemical compositionof electrodes (mass fraction, %)

圖1　自耗電極斷面Figure 1　The fracture surface of consumable electrodes

3　電渣重熔過程控制

3.1引燃造渣

采用四元渣，螢石、鋁氧、石灰和石英砂，共905kg。用自耗電極在直徑1 300mm結(jié)晶器內(nèi)冷啟動造渣。在干燥的空氣保護(hù)下進(jìn)行造渣，爐內(nèi)濕度為1.0g/m3。造渣時間26min，進(jìn)入正常熔煉。

3.2正常重熔

1Mn18Cr18N要求N含量盡可能高，電渣重熔必須注意保N。鋼的成分一定時，N含量主要取決于電渣重熔過程中的溫度和壓力。N在鋼水中的溶解度服從西華特定律，一般情況下，溫度越高，溶解度越大，即升高溫度能提高N在鋼水中的溶解度。但對于1Mn18Cr18N護(hù)環(huán)用鋼，N在鋼中的溶解度隨溫度的升高而降低。之所以出現(xiàn)這種反常規(guī)現(xiàn)象是由于大量合金元素相互作用的結(jié)果。因此，正常重熔過程要特別注意控制溫度不宜太高。重熔過程中，輸入功率又不能太低，否則電渣錠表面會形成渣溝。

常壓下1Mn18Cr18N鋼液中氮的溶解度大約為0.6%～0.71%，重熔工藝的溫度控制得當(dāng)，可以把電極中的高N含量保持在電渣錠中的。因此，重熔工藝中既要注意防止N的逃逸，又要保證N的均勻化并且不產(chǎn)生氣泡，同時兼顧電渣錠的表面質(zhì)量。

根據(jù)1Mn18Cr18N相圖，液相線溫度為1 440～1 460℃，固相線溫度為1 320～1 350℃。兩相區(qū)溫差寬，特別是在此鋼種合金含量高達(dá)40%以上時，要注意控制偏析。重熔工藝要注意熔化速度和冷卻強(qiáng)度的平衡。

重熔生產(chǎn)全過程都是在干燥空氣保護(hù)下進(jìn)行的，爐內(nèi)濕度始終保持在1.0g/m3。工藝操作嚴(yán)格按照既定的電制度、渣制度、速度制度執(zhí)行，控制渣溫和熔速在適宜的范圍，電極余頭三相齊平。

3.3脫氧

煉鋼就是煉渣，在電渣重熔過程中，必須保證熔渣始終是還原性的。

(1)

式中，[%O]為與任意熔渣相平衡時，鋼液中的氧含量；[%O飽和]為與純FeO熔渣相平衡時，鋼液中的氧含量。

(2)

(3)

(4)

式中，L0為氧在渣鋼間的平衡分配系數(shù)。

當(dāng)渣中存在大量FeO時，熔渣具有很強(qiáng)的氧化能力；相反，當(dāng)FeO含量很低時，熔渣具有還原能力。通過脫氧技術(shù)，保證渣在長達(dá)數(shù)十小時的重熔過程中，始終呈白渣，F(xiàn)eO含量≤0.5%。

3.4補(bǔ)縮

1Mn18Cr18N熔點(diǎn)低，鋼種本身的屬性給補(bǔ)縮帶來了很大的技術(shù)難度。眾所周知，補(bǔ)縮過程是逐漸降低功率，降低溫度，降低速度，使熔池逐漸變淺的過程。1Mn18Cr18N熔點(diǎn)低，如果操作不當(dāng)，渣溫過低，電渣錠頂部會出現(xiàn)千層餅，甚至造成渣鋼相混。補(bǔ)縮時，要適時降電壓，不允許升電壓。

3.5錠重控制

根據(jù)鋼的密度經(jīng)驗(yàn)公式：

(5)

式中，△ρj為鋼中某元素含量增加1%時鐵的密度變化值，t/m3；ωj為鋼中某元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

根據(jù)公式(5)，查鋼中元素含量對鋼的熔點(diǎn)和密度的關(guān)系表可以計算出：1Mn18Cr18N護(hù)環(huán)用鋼常溫下密度為(7.40～7.45)t/m3，比常規(guī)鋼種輕5%。因此，錠重控制上要考慮該鋼種密度問題，否則，會造成實(shí)際重量不滿足工藝要求重量。

3.6電渣錠的外觀質(zhì)量

表3　電渣錠上、中、下部的化學(xué)成分變化(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3　The chemical composition changes of top, middle, and bottom of ESR ingot (mass fraction, %)

表4　鍛件毛坯上、下部的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 4　Chemical composition of top and bottom of forging blank (mass fraction, %)

通過上述電渣重熔過程技術(shù)控制，電渣錠脫模后，電渣錠底部成型良好，表面無渣溝，頂部補(bǔ)縮密實(shí)平整。

3.7電渣錠化學(xué)成分

電渣錠本體取樣，經(jīng)分析檢測，N高達(dá)0.70%，N得到了可靠的控制，達(dá)到了非常高的水平。電渣錠底部、中部、頂部成分基本一致，成分均勻性很高。電渣錠本體取樣分析成分見表3。

4　鍛造

用140MN油壓機(jī)，第一火始鍛溫度1 180℃，終鍛溫度950℃，電渣錠軸線平行上下砧滾圓。其余火次始鍛溫度1 200℃，終鍛溫度950℃。利用紅外線測溫儀測量電渣錠表面溫度。鍛造注意事項：

(1)電渣錠保溫時間一定要充分，上下砧要預(yù)熱；

(2)嚴(yán)格控制壓下量；

(3)多觀察是否出現(xiàn)裂紋，一旦出現(xiàn)裂紋馬上停止鍛造，把裂紋清理干凈；

(4)勤測溫，嚴(yán)格控制始鍛溫度和終鍛溫度。

電渣錠尺寸?1 300mm×2 800mm，護(hù)環(huán)毛坯尺寸?680mm×8 350mm。

鍛造成護(hù)環(huán)毛坯后，毛坯兩端分別取樣，檢測分析其化學(xué)成分，檢測結(jié)果見表4。

5　結(jié)語

(1)利用自主創(chuàng)新研發(fā)的電渣技術(shù)生產(chǎn)的28.4t1Mn18Cr18N護(hù)環(huán)用電渣錠冶金質(zhì)量優(yōu)良，電渣錠底部成型良好，表面光滑無渣溝，頂部補(bǔ)縮密實(shí)平整。電渣錠化學(xué)成分同電極成分基本一致，電渣錠底部、中部、頂部成分基本一致，N含量高達(dá)0.70%；Al含量為0.003%～0.005%，O含量為18×10-6，S含量為10×10-6。

(2)國內(nèi)生產(chǎn)的1Mn18Cr18N護(hù)環(huán)用電渣錠，過去一般在10t范圍內(nèi)，N含量一般在0.6%以下，可以認(rèn)為，重量達(dá)到28.4t，N含量達(dá)到0.70%，成分均勻高度一致，技術(shù)上有了長足進(jìn)步甚至突破。

(3)1Mn18Cr18N鋼錠鍛造易鐓不易拔，一般要求鋼錠直徑小于1 000mm。但是通過電渣重熔，改善了鋼錠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，顯示了電渣重熔的優(yōu)勢。電渣錠尺寸為?1 300mm×2 800mm，護(hù)環(huán)毛坯尺寸?680mm×8 350mm。

[1]向大林，等. 18-18護(hù)環(huán)用鋼的電渣重熔技術(shù)研究和應(yīng)用[J].大型鑄鍛件，1997,75(1)：16-20.

[2]向大林,等.Cr18Mn18N護(hù)環(huán)用鋼電渣重熔技術(shù)的開發(fā)研究[J].上海金屬，1996,18(4)：7-11.

[3]吳平安，張承峰，曹虹，等. 大型34CrMo1合金鋼螺旋槳軸鍛件的研制.大型鑄鍛件，2014(2).

[4]陳海堤，王濤，羅玉立，等. 400t級巨型鋼錠偏析及夾雜物分布研究.大型鑄鍛件，2013(1).

[5]張承峰，湯晶晶，劉志勇，等. 除砂器裝置用30CrMoA鋼鍛件的研制.大型鑄鍛件，2007(5).

[6]曹虹，等. 限位塊鍛件的生產(chǎn)工藝.大型鑄鍛件，2011(4).

編輯陳秀娟

Productionof28.4t1Mn18Cr18NElectroslagRemeltingIngotforRetainingRing

WenPeijian,XiangDalin

Bycarefullypreparingtheelectrodeandcontrollingtheelectroslagremeltingprocess,the28.4tESRingotforretainingringhasbeenproducedsuccessfullyinaccordancewiththecharacteristicsof1Mn18Cr18Nsteel.ThequalityofESRingotsurfaceisgood.Meanwhile,themouldingofingotbottomisalsogood,andthefeedingofingottopisalsotightandflat.

1Mn18Cr18N;electroslagremelting;ESRingot;retainingring

2015—12—02

溫培建(1982—)，男，工學(xué)碩士。

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