降低1Cr12Mo電渣錠C類夾雜物級別的措施

李建軍， 張錦文

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術中心， 山西　太原　030003）

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降低1Cr12Mo電渣錠C類夾雜物級別的措施

李建軍， 張錦文

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術中心， 山西太原030003）

針對1Cr12Mo鋼的試制情況和試制結果，討論電渣錠1Cr12Mo經鍛造后C類夾雜超標的原因，并針對性地提出相應的解決措施。實施措施后再次試制，結果表明：通過調整渣系即在渣中添加CaO，改進電渣工藝，在過程中添加Al粉，使C類夾雜物級別達到1.0級的水平，滿足了用戶的要求。

電渣錠1Cr12MoC類夾雜添加CaOAl粉

1Cr12Mo鋼是一種典型的馬氏體型硬化不銹耐熱鋼，該鋼種以Cr、Mo、V為主要強化元素，具有較高的室溫強度、韌性和耐蝕性，較好的熱強性和冷變形性能，被廣泛地應用于生產汽輪機葉片和壓氣機導向葉片（如在300、600 MW汽輪機中的動靜葉片），還可用于其他耐腐蝕零件（如發電機水箱、水箱環、水接頭法蘭等）。經電渣重熔后，降低了1Cr12Mo鋼中的S和夾雜物的含量，提高了鋼的純凈度和橫向性能，使鋼的使用性能得到大幅度的提升。但是，在第一次試制過程中，在檢驗Φ100 mm小規格鍛圓夾雜時發現C類夾雜超標。為此，分析其夾雜產生原因，并提出改進措施。

1　試驗情況

1Cr12Mo鍛材成品規格為Φ80 mm，總的工藝流程為：堿性電弧爐冶煉→AOD精煉→LF精煉→小方坯連鑄→切割→電渣重熔→退火→鍛造→退火→檢驗交庫。

從1Cr12Mo生產工藝流程可看出：本次試驗采用的連鑄小方坯為自耗電極，規格為220 mm×220 mm；自耗電極的化學成分見表1。

表1　1Cr12Mo自耗電極的化學成分　%

本次選用1.2 t結晶器，規格為380/420 mm× 1400mm。

本次冶煉選用常用的ANF-6型渣系，即70% CaF2+30%Al2O3（70%與30%分別為對應物質的質量分數）。渣量為40kg。

表2　1Cr12Mo冶煉過程工藝制度

2　試制結果

電渣重熔結束后對鋼錠進行了退火，然后進行鍛造，最終成品為Φ80 mm的棒材，最后對成品進行了低倍和夾雜物的檢驗。檢驗結果見表3和表4。

表3　1Cr12Mo成品低倍檢驗結果　級

由表3可看出：低倍組織結果較好，除了一般疏松、中心疏松為0.5級外，其余均為0級，符合電渣鋼的組織特征。

表4　1Cr12Mo成品夾雜檢驗結果　級

由表4可看出：夾雜物級別較高，標準要求A、B、C、D四類夾雜均≤1.5級，且A、B、C、D四類夾雜級別之和≤4級；顯然，C類夾雜超出要求。

3　夾雜超標原因分析

經過分析可知：C類夾雜化學組成為硅酸鹽。最初認為成品C類夾雜級別高是由于原始自耗電極夾雜含量高所致，為此，首先分析了自耗電極的氧含量和夾雜級別，自耗氧含量（質量分數）為36×10-6，夾雜級別如表5所示。

表5　自耗電極1Cr12Mo夾雜檢驗結果

從分析結果可看出：自耗電極的氧含量較高，但夾雜級別較低，C類夾雜級別為1級，符合要求（要求≤1.5級），但是經過電渣重熔后夾雜級別升高。由此可知，夾雜是在電渣重熔過程中產生的。

分析C類夾雜產生的原因，認為一般夾雜形成的時間可以分為四個階段：鋼液合金化和脫氧時段，在此階段形成的脫氧產物稱為一次夾雜；鋼液從冶煉溫度冷卻到液相線溫度時段，在此階段析出的脫氧產物稱為二次夾雜；從液相線溫度冷卻到固相線溫度時段，在此階段析出的脫氧產物稱為三次夾雜；固相脫溶時段，在此階段析出的脫氧產物稱為四次夾雜。一般而言，三次夾雜和四次夾雜由于其含量較少，均可忽略不計，鋼中的夾雜主要以一次夾雜和二次夾雜為主。

自耗電極采用的是連鑄坯，在連鑄過程中為防止水口堵塞，在脫氧時未采用強脫氧劑鋁脫氧，而是采用弱脫氧劑硅鐵進行了脫氧。在電渣重熔過程中，氧通過渣池進入鋼水，致使鋼中的氧含量增加，原有的Si-O平衡被打破，導致鋼中氧、硅與其他元素反應，形成以SiO2為主的硅酸鹽，其尺寸大小與鋼的凝固速度及其中的SiO2含量有關。鋼凝固時，冷卻速度愈慢或SiO2含量愈高，此類夾雜物尺寸就愈大。由于在電渣重熔過程中鋼液的凝固過程冷速較快，一些液態的硅酸鹽夾雜物來不及結晶，就全部或部分地以玻璃態的形式存在于鋼中。另外，在高溫鋼液的冷卻過程中，還會有部分硅酸鹽析出，形成夾雜存在于鋼中。

這些硅酸鹽在重熔過程中如果未被熔渣吸附，就在成品鋼中形成C類夾雜，這些夾雜屬于內生非金屬夾雜物。

在電渣重熔過程中，氧的來源主要有三個途徑：一是在冶煉過程中高溫渣對自耗電極進行熱傳導和輻射，在電極表面形成一層氧化皮，在隨后的重熔過程中這些氧化皮進入渣中，最后進入鋼中；二是空氣中的氧通過渣池擴散進入鋼液；三是渣中的不穩定氧化物在高溫時進入鋼中。

根據以上分析，為切斷電渣重熔過程中氧的來源，降低1Cr12Mo電渣錠C類夾雜物的生成級別，制定改進措施。

4　改進措施

通過以上分析認為，防止硅與氧發生反應、采用新渣系去除硅酸鹽夾雜是解決問題的關鍵。為此，采用以下方法消除C類夾雜物：

1）在電渣重熔過程中加入強還原劑（如鋁粉等），讓鋁與氧發生反應，切斷硅與硅氧反應的途徑。具體工藝為：在電渣重熔過程中加入強還原劑（如鋁粉等），加入量為20g/5min。

2）選用高堿度渣，降低渣與C類夾雜物的潤濕角，吸附C類夾雜物。具體工藝為：改變渣系，在渣中添加質量分數為10%的CaO。新渣系的組成是70% CaF2+20%Al2O3+10%CaO（70%、20%、10%分別為對應物質的質量分數）。渣量為40kg。

5　改進后試制結果

采用以上措施冶煉了2支電渣錠，經鍛造后檢驗其夾雜物的級別，結果如表6所示。

表6　改進后1Cr12Mo成品夾雜檢驗結果　級

從以上結果可看出：采取措施后，C類夾雜級別明顯降低，粗系級別為0級，細系為0.5級。可見，效果比較明顯。

6　結論

1）采用連鑄坯電渣重熔，不銹鋼1Cr12MoC類夾雜超標的原因是因為過程中氧進入鋼中與硅和其他元素反應所致。

2）在電渣重熔過程中加入強還原劑（如鋁粉等），使得鋁與氧發生反應，切斷硅與氧反應的途徑,可降低C類夾雜物的級別。

3）采用弱堿性渣可降低渣與C類夾雜物的潤濕角，有利于吸附C類夾雜物。

（編輯：胡玉香）

Measures to Decrease C Type Inclusion in 1Cr12Mo Electroslag Ingot

LI Jianjun，ZHANG Jinwen
（Technology Center of Shanxi Taigang Stainless Steel Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030003）

As to 1 Cr12Mo steel manufacture and test results,this paper discusses the reasons for excessive C type inclusion in 1Cr12Mo electroslag ingot after it is forged,and proposes relative measures.After implementation of measures and manufacture,the results show slag constituent is adjusted through adding CaO,and electroslag process is improved.Aluminum powder is added in the process,and the grade of C type inclusion reaches to 1.0,which totally meet the requirements of client.

electroslag ingot,1Cr12Mo,C type inclusion,adding CaO,alum inum powder

TG142.1+3

A

1672-1152（2016）02-0027-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.02.10

2016-02-03

李建軍（1971—），男，于太鋼技術中心型材室從事新產品開發工作，高級工程師。