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20Cr13 是馬氏體不銹鋼，常用來(lái)制造汽輪機(jī)葉片、存儲(chǔ)容器、化學(xué)反應(yīng)容器、螺栓、閥體等，用于抗氧化腐蝕等復(fù)雜工況環(huán)境。近些年，該品種在煉鋼+軋制工藝基礎(chǔ)上，發(fā)展出了煉鋼+電渣+鍛制工藝，并擴(kuò)展增加了一些尺寸規(guī)格，以便更好的服務(wù)于復(fù)雜的工況環(huán)境。該品種通過(guò)電渣重熔后，組織更加致密，夾雜物評(píng)級(jí)水平顯著提升，結(jié)合鍛制的大壓下量工藝，鋼材芯部缺陷易于焊合，產(chǎn)品低倍質(zhì)量?jī)?yōu)異，成品鋼材機(jī)械性能顯著提升。

 

本文圍繞本廠20Cr13鋼經(jīng)煉鋼連鑄電極坯冶煉+電渣重熔+鍛造工藝，成品探傷檢驗(yàn)不合格，通過(guò)定性分析，找到宏觀缺陷是由原始連鑄電極坯中大顆粒夾渣在電渣重熔后未完全去除導(dǎo)致，從而說(shuō)明電渣重熔去除夾雜/夾渣的能力有限。

 

1、20Cr13電渣鋼夾雜物要求

 

20Cr13電渣鋼鍛制成品的夾雜物、探傷要求，見(jiàn)表1。表1為20Cr13電渣鋼夾雜物要求、探傷要求。

 

表1 

 

2、20Cr13品種化學(xué)成分要求 

 

20Cr13 品種化學(xué)成分，見(jiàn)表2。

 

表2

 

3、20Cr13生產(chǎn)工藝流程 

 

20Cr13鍛制成品規(guī)格為Φ420mm 圓鋼，生產(chǎn)工藝流程為初煉爐（轉(zhuǎn)爐、電爐、合金熔煉爐）→AOD 精煉爐→LF 精煉爐→連鑄180 方坯（原始電極坯）→電渣重熔→鋼錠緩冷退火→鋼錠加熱鍛制→鋼材緩冷退火→檢驗(yàn)修磨入庫(kù)。

 

4、20Cr13電渣重熔工藝、成品檢驗(yàn)情況

 

4.1 20Cr13電渣重熔工藝

 

采用本廠恒熔速氣密性保護(hù)氣氛單項(xiàng)雙支臂電渣爐冶煉，重熔坯采用端面180方連鑄坯（原始電極坯）組合焊接成“田”字形坯，電渣結(jié)晶器采用Φ758mm錠型，熔速控制0.7～0.8D (D 是結(jié)晶器直徑/mm)，使用的電渣預(yù)熔渣配比：CaF2：Al2O3：CaO：MgO：SiO2=50%：25%：22%：2%：1%。

 

4.2  20Cr13電渣鋼成品探傷檢驗(yàn)

 

鍛造1支Φ758mm 電渣錠至Φ420mm 圓鋼，成品探傷檢驗(yàn)按照GB/T6402—2008 II 級(jí)，發(fā)現(xiàn)“距電渣錠頭部充填端3 700mm處有550mm長(zhǎng)度不合，缺陷的傷波大于底波”。

 

4.3 20Cr13電渣鋼成品缺陷解剖、電鏡分析   

 

1）為了確定缺陷類別、工序責(zé)任，在4.2 條款描述的550 mm 長(zhǎng)度缺陷范圍內(nèi)，垂直于鋼材長(zhǎng)度方向隨機(jī)切割1片25mm 厚低倍片，酸浸后發(fā)現(xiàn)低倍片橫向中心部位可見(jiàn)非金屬大顆粒夾渣、直徑1.3mm，見(jiàn)圖1 和圖2（圖2 對(duì)非金屬夾渣形貌放大）；

 

 

 

2）為了進(jìn)一步鎖定非金屬夾渣來(lái)源，分別對(duì)該處缺陷、電渣重熔預(yù)熔渣、連鑄保護(hù)渣的多點(diǎn)進(jìn)行掃描電鏡分析，首先發(fā)現(xiàn)缺陷非金屬夾渣處有C、O、F、Na、Mg、Al、Si、S、Ca、Fe元素，有Na元素，電鏡掃描成分見(jiàn)圖3所示；再發(fā)現(xiàn)電渣預(yù)熔渣可見(jiàn)C、O、F、Mg、Al、Si、Ca，無(wú)Na元素，電鏡掃描成分見(jiàn)圖4所示；最后發(fā)現(xiàn)連鑄保護(hù)渣可見(jiàn)C、O、F、Na、Mg、Al、Si、Ca、K、Fe，有Na元素，電鏡掃描成分見(jiàn)圖5所示。

 

 

 

5、20Cr13電渣鋼宏觀缺陷產(chǎn)生原因分析和措施

 

5.1 20Cr13電渣鋼宏觀缺陷產(chǎn)生原因

 

通過(guò)本文4.3條款中對(duì)比電鏡結(jié)果可知，本次成品非金屬夾渣缺陷的產(chǎn)生與原始連鑄電極坯，因澆鑄環(huán)節(jié)發(fā)生卷渣，出現(xiàn)大顆粒夾渣有密切關(guān)系，而電渣重熔過(guò)程無(wú)法保證大顆粒夾渣的充分去除，去除夾雜/夾渣能力有限，從而滯留在鋼中。    

 

為了進(jìn)一步論證上述提出的觀點(diǎn)，通過(guò)查詢與電渣預(yù)熔渣以及連鑄保護(hù)渣相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合與本廠合作的預(yù)熔渣、保護(hù)渣廠家進(jìn)行交流，了解到電渣預(yù)熔渣在制作過(guò)程中未配入Na相關(guān)的物資，文獻(xiàn)中電渣預(yù)熔渣成分也未檢驗(yàn)到Na元素；連鑄保護(hù)渣中配入了Na相關(guān)的物資，其作用是為了充當(dāng)助溶劑，與保護(hù)渣中的高熔點(diǎn)Al2O3、SiO2機(jī)械混合，降低混合物熔點(diǎn)和粘度，保證保護(hù)渣的流動(dòng)性、穩(wěn)定性，本廠20Cr13類品種所采用的連鑄保護(hù)渣中Na 相關(guān)物資配入占比小于10%。另外，電渣重熔預(yù)熔渣的高熔點(diǎn)組元有Al2O3、CaO、MgO、SiO2，屬于低熔點(diǎn)、促進(jìn)夾雜物去除、調(diào)整渣液流動(dòng)性、降低混合熔渣熔點(diǎn)的組元是CaF2，CaF2屬于高占比組元，預(yù)熔渣系配比中占比多大于50%；若是在預(yù)熔渣中配入Na相關(guān)物資進(jìn)行調(diào)渣，一方面，會(huì)增加成本，另一方面，也容易在電渣重熔過(guò)程帶入Na元素，綜合考量電渣預(yù)熔渣不適于配入Na 元素。   

 

綜上述，再次驗(yàn)證了本次非金屬大顆粒夾渣的產(chǎn)生與原始連鑄電極坯因澆鑄環(huán)節(jié)異常，出現(xiàn)卷渣帶入有關(guān)。

 

5.2 20Cr13電渣鋼宏觀缺陷改善措施

 

1）需要從源頭切斷原始連鑄電極坯卷渣風(fēng)險(xiǎn)，確保澆鑄過(guò)程浸入式水口插入結(jié)晶器深度適中，水口垂直對(duì)中于結(jié)晶器，避免渣面露紅，及時(shí)挑渣條等；

 

2）電渣重熔過(guò)程可以適當(dāng)調(diào)整供電制度，也可以通過(guò)調(diào)整渣系組元，增加渣量等手段，降低熔化速度，促進(jìn)形成淺平熔池，有利于夾雜/渣上?。?/span>

 

3）當(dāng)檢驗(yàn)到電渣成品材中存在宏觀非金屬夾渣/雜時(shí)，為了挽救產(chǎn)品、降低損失，可以進(jìn)行二次電渣重熔，從而降低因宏觀缺陷導(dǎo)致的產(chǎn)品報(bào)廢（二次電渣重熔方法在本廠有過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以微觀夾雜物為例，可以提高A/B/C/D 等各類夾雜物0.5～1.0級(jí)）。

 

6、結(jié)論

 

本文對(duì)20Cr13電渣鋼宏觀非金屬夾渣產(chǎn)生原因進(jìn)行了定性的分析，本次缺陷與原始連鑄電極坯中攜帶大顆粒夾渣有關(guān)，在電渣重熔過(guò)程沒(méi)有得到充分去除，滯留在成品鋼材中；通過(guò)對(duì)原始缺陷、保護(hù)渣、預(yù)熔渣電鏡比對(duì)分析等方式，進(jìn)一步驗(yàn)證了缺陷產(chǎn)生于原始連鑄電極坯。改進(jìn)措施是降低原始連鑄電極坯卷渣風(fēng)險(xiǎn)、降低電渣熔化速度、二次電渣重熔。