TP347HFG 方坯生產實踐

張增武

（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 ℃以上火電機組首選材料之一[1]。隨著超超臨界機組發電機組開發，高溫性能、抗腐蝕性能和導熱性能更優良的TP347HFG 逐步替代TP347H[2]。

本文介紹某鋼廠通過改進生產工藝，解決TP347H FG 方坯生產時浸入式水口內孔擴徑造成方坯表面出現通長縱向裂紋缺陷的問題，確保TP347HFG 方坯連鑄質量與生產的穩定。

1 生產工藝

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

表1 TP347 系不銹鋼化學成分 %

TP347HFG 方坯生產時，方坯內部經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，穿孔時荒管內壁會出現裂紋或重皮缺陷，不能滿足用戶要求。因此，投用結晶器電磁攪拌，解決方坯中心疏松和縮孔缺陷問題，但新的問題又出現：

當1個中包連澆爐數大于3 爐時，浸入式水口內孔擴徑嚴重，內孔由Φ32 mm 擴至Φ55 mm，呈喇叭形（見圖1），方坯內弧表面或某一側面出現一道通長縱向裂紋（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。按照企業判定標準，當方坯表面裂紋深度大于2 mm時判廢，TP347HFG 方坯表面縱向裂紋廢品率高達19.32%。

圖1 浸入式水口內孔擴徑前后

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

圖2 方坯缺陷

2 改進工藝

改進工藝時，既要確保質量，還要實現低成本。針對方坯表面縱向裂紋缺陷，從五個方面入手，本表兼冶，徹底解決浸入水口內孔擴徑造成方坯表面縱向裂紋缺陷的問題。

2.1 控制鉻鎳當量之比

由于鋼種成分差異，TP347HFG 與TP347H 相比，更具有較強的縱向裂紋敏感性。冶煉過程中Cr、Ni 當量之比控制也非常關鍵[4]。在方坯連鑄中，由于方坯表面和芯部的冷卻速度不同，鑄坯內外產生較大且不能同步的熱應力，如果Cr、Ni 當量之比控制不當，太低或太高都會導致方坯表面出現縱向裂紋。因此，對于TP347HFG 方坯Cr、Ni 當量之比需有一個合理的控制范圍。另外，將熔煉成分C 含量控制在標準成分下限，Nb 含量也相應降低，從而減少含Nb析出相，有效減少裂紋[5]。

經過100 爐TP347HFG 方坯生產實踐，結合穿管驗證，Cr、Ni 當量之比＝1.35～1.40 為TP347HFG 減少縱向裂紋缺陷最佳控制范圍，其中Cr 當量＝w（Cr）＋1.5×w（Si）＋0.5×w（Nb），Ni 當量＝w（Ni）＋30×[w（C）＋w（N）]＋0.5×w(Mn)。

2.2 調整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 反應形成鈣黃長石低熔點相，造成水口侵蝕，Ca-Si 線喂入量由4 m/t 降為2 m/t。

2.3 優化結晶器電磁攪拌參數

使用結晶器電磁攪拌，電流和頻率是兩個重要的參數。隨著電流的增加，鋼液內部磁感應強度和電磁力均增加，鋼液攪拌速度也增加[6]。

220 mm×220 mm 方坯結晶器電磁攪拌參數范圍：電流0～800 A，頻率0～6 Hz。改進前方坯No.1-4 流結晶器電磁攪拌參數均為：電流550 A、頻率4.5 Hz。對結晶器電磁攪拌參數進行優化，由原來的電流550 A/頻率4.5 Hz 改為電流350 A/頻率4.5 Hz。在降低鋼液內部磁感應強度和電磁力，緩解鋼液對浸入式水口沖刷侵蝕的同時，也解決了中心疏松和縮孔缺陷的問題。

2.4 使用實芯塞棒

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

2.5 提高浸入式水口材質

本文所述浸入式水口為直通型，由于成本原因，其結構各部位材質不同：本體Al2O3-C，渣線ZrO2-C，內壁描黑部分Al2O3-ZrO2-C。如圖3 浸入式水口內壁描黑部分縱向高180 mm，寬7 mm；橫向厚10 mm。對浸入式水口內壁描黑部分材質進行改進：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 實踐效果

通過控制Cr、Ni 當量之比，調整Ca-Si 線喂入量，優化結晶器電磁攪拌參數，使用實芯塞棒，改進浸入式水口部分材質五個措施，徹底解決了浸入式水口內孔擴徑問題。TP347HFG 方坯1個中包連澆爐數由3 爐提高到8 爐，低倍檢驗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前19.32%降為0。

4 結論

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

2）改進工藝時，既要確保質量，還要實現低成本，本表兼冶，全方位入手。