高合金不锈钢连铸生产实践与质量控制

李靖宇， 白永康

（山西太钢不锈钢股份有限公司炼钢一厂， 山西 太原 030003）

高合金不锈钢属不锈钢中的高端产品，具有优良的耐腐蚀性、高温性能等，广泛应用于化工、火电、航空航天、军工等行业。高合金不锈钢虽然具有优异的使用性能，但因其合金含量高，与常规18-8不锈钢相比，具有热塑性差、裂纹敏感性强等特点，连铸生产较为困难。

表1 高合金不锈钢主要成分 %

太钢炼钢一厂1280 mm立式板坯连铸机是新中国成立以来国内首台不锈钢板坯连铸机，建于1985年，专用于Cr-Ni不锈钢的生产，至今已有32年的历史。通过立足于原有铸机本体，引进奥钢联结晶器液压非正弦振动、二冷动态配水、质量自动判定系统等技术，实施一系列装备升级改造，实现了效率和质量的大幅度提升。鉴于立式连铸机在生产高合金不锈钢的巨大优势，大力开展高合金不锈钢连铸工艺开发、改进工作，针对不锈钢板坯质量进行一系列改善，提升了铸坯质量。

1 不锈钢生产工艺及装备

不锈钢板坯生产工艺路线：1座90 t超高功率交流电弧炉，3座45 t AOD精炼炉，1座45 t LF炉，1台1280 mm立式板坯连铸机。立式板坯连铸机工艺参数见表2。

表2 立式板坯连铸机工艺参数

2 提高铸坯表面质量的工艺改进

高合金不锈钢因其合金含量高，导热性能差，易出现初生坯壳厚度不均匀，如果作用于宽面坯壳的热应力、组织应力和摩擦力超过高温坯壳的允许强度，沿树枝晶间或奥氏体晶界产生断裂，在二冷过程中不断扩大，最终产生裂纹。

2.1 保护渣优化试验

工艺改进前采用保护渣A，生产过程中其液渣层厚度薄，渣耗低，初生坯壳与结晶器铜板间渣膜厚度偏薄，无法均匀地分布在坯壳与铜板表面结晶器渣壳间，导致铸坯横向传热不均匀，影响铸坯初生坯壳厚度均匀性，在热应力、组织应力和摩擦力的多重作用下产生裂纹。改善结晶器内传热和润滑，一般通过增加其消耗量[1]，对融化温度、黏度等物性参数进行调整。调整后的保护渣性能如下页表3。

从表2可以看出，保护渣B在原保护渣基础上，将融化温度降低45℃，加快化渣速度；保护渣C在原保护渣基础上，将融化温度降低55℃的同时，降低了液渣黏度。

图1 结晶器内保护渣分布

表3 保护渣物性参数

2.2 振动参数调整

一般来说，高振频、低振幅的振动参数可有效地降低铸坯振痕深度，一定程度上降低铸坯横裂、卷渣等缺陷。但连铸振动工艺主要功能为“脱模”，即通过振动使结晶器内的初生坯壳与结晶器壁相脱离，避免粘接[2]。实际观察发现，过分提高振频、降低振幅，结晶器负滑脱时间tn达到一定值后，保护渣无法均匀渗入，造成铸坯润滑不良，振痕紊乱，大大增加连铸坯粘接漏钢倾向。故对高合金不锈钢振动参数进行调整，振动参数见表4。

表4 振动参数

针对高合金不锈钢合金含量高，导热慢等诸多特点，采用大振幅、低频率的振动方式，提高负滑脱时间，促进保护渣渗入，改善其润滑、传热及“脱模”条件，铸坯表面振痕平直完整，同时降低了粘接漏钢的风险。

2.3 二冷配水

出结晶器坯壳因二冷区冷却强，则沿拉坯方向铸坯表面温差大，在热应力作用下，坯壳薄弱处产生应力集中，导致纵裂。故对二冷配水进行调整，调整参数见表5。

针对高合金不锈钢钢种特性，适当降低其二冷强度，减少铸坯表面拉坯方向温度梯度，很大程度上减少了铸坯裂纹的产生。

通过一系列的过程参数调整，铸坯表面凹陷、纵裂等缺陷明显减少，图2-1为采用原工艺生产的表面，凹陷严重，局部产生裂纹，图2-2为优化后铸坯表面，振痕平直完整，无凹陷、裂纹等缺陷。

表5 二冷配水方案 L·min-1

表6 铸坯表面温度

图2 改善前后铸坯表面对比

3 提高铸坯内部质量

高合金不锈钢因合金含量高，导热系数远低于普通不锈钢，连铸过程中铸坯表面与内部温度梯度大，柱状晶发达，易形成凝固桥，导致铸坯中心疏松，低倍质量差，在后续轧制过程中易产生裂纹、分层等缺陷。

表7 高合金不锈钢与普通不锈钢导热系数[100℃，4.18 J/(cm·℃)]

3.1 温度与拉速控制

当前连铸发展主流方向为高拉速生产，可有效减少振痕深度，降低横裂及裹渣风险；采用高过热度，既有利于夹杂物上浮，也有利于浇铸顺行[3]。但对于高合金不锈钢，因其合金含量高，导热系数低，连铸过程中铸坯传热速率低，易造成表面与液芯温差大，柱状晶生长过快，形成凝固搭桥，产生中心疏松、晶间裂纹等缺陷，影响低倍质量。

立式板坯连铸机因其机型特点，液芯垂直于拉坯方向，夹杂物上浮效果极佳，同时不需进行矫直，故浇铸温度、拉坯速度等有更大的选择空间，为提升铸坯低倍质量，对浇铸温度、拉速进行优化，具体参数见下页表8。

调整浇铸温度与拉速后，铸坯低倍质量明显改善，如下页图3-1为采用原工艺生产的铸坯低倍，柱状晶粗大，中心疏松明显，图3-2为优化后铸坯低倍，中心疏松有了较大改善。

表8 温度与拉速匹配

图3 改善前后铸坯低倍对比

3.2 功能精度优化

因高合金不锈钢导热系数低，裂纹敏感性强，二冷区的不均匀会造成铸坯表面回温明显，增加铸坯裂纹风险，故采用二冷反过滤系统，二冷反过滤系统投用后，二冷水嘴畅通率由83.6%提升至98.9%，提升了铸坯表面温度梯度均匀性。通过定期检查、调整二冷各段，对中精度控制水平由±1.0 mm提升至±0.3 mm，降低了中心偏析、疏松及横裂纹的发生率[4]。

4 结语

1）通过优化结晶器保护渣理化性能、振动参数及二冷配水方式，连铸坯表面缺陷率显著降低，铸坯质量得到了提升。

2）通过优化浇铸温度、拉速等工艺参数，加强设备功能精度管理，铸坯中心疏松、内裂纹等缺陷得到了有效地控制，提升了铸坯内部质量，减少了后续轧制过程中的裂纹、分层等缺陷。

3）通过上述诸多方面的改进，高合金不锈钢连铸坯质量得到了明显改善。