TP347HFG 方坯生产实践

张增武

（山西太钢不锈钢股份有限公司， 山西 太原 030003）

TP347HFG 是一种新型的铬镍铌碳奥氏体耐热钢，具有较高的高温持久强度和良好的抗氧化性能，主要用于制造大型锅炉的过热器及再热器，是650 ℃以上火电机组首选材料之一[1]。随着超超临界机组发电机组开发，高温性能、抗腐蚀性能和导热性能更优良的TP347HFG 逐步替代TP347H[2]。

本文介绍某钢厂通过改进生产工艺，解决TP347H FG 方坯生产时浸入式水口内孔扩径造成方坯表面出现通长纵向裂纹缺陷的问题，确保TP347HFG 方坯连铸质量与生产的稳定。

1 生产工艺

TP347HFG 不锈钢生产工艺流程：铁水三脱预处理→90 t K-OBM-S→90 t VOD→90 t LF→方板兼容连铸机（四流220 mm×220 mm 方坯），TP347 系化学成分见表1。

表1 TP347 系不锈钢化学成分 %

TP347HFG 方坯生产时，方坯内部经常有中心疏松和缩孔缺陷。用中心疏松和缩孔缺陷的方坯作管坯料，穿孔时荒管内壁会出现裂纹或重皮缺陷，不能满足用户要求。因此，投用结晶器电磁搅拌，解决方坯中心疏松和缩孔缺陷问题，但新的问题又出现：

当1个中包连浇炉数大于3 炉时，浸入式水口内孔扩径严重，内孔由Φ32 mm 扩至Φ55 mm，呈喇叭形（见图1），方坯内弧表面或某一侧面出现一道通长纵向裂纹（见下页图2），裂纹深度1～5 mm、宽1～3 mm，部分方坯表面纵向裂纹修磨3 mm 仍未磨净。按照企业判定标准，当方坯表面裂纹深度大于2 mm时判废，TP347HFG 方坯表面纵向裂纹废品率高达19.32%。

图1 浸入式水口内孔扩径前后

TP347HFG 在VOD 用FeSi 还原，LF 进行Ca 处理；浸入式水口本体材质主要成分为Al2O3、SiO2和C。浸入式水口中的Al2O3、SiO2与Ca 处理钢中的CaO 反应形成钙黄长石低熔点相，造成水口侵蚀，随着侵蚀的进行，水口内孔体变得疏松多孔，大量熔钢渗入，加快了水口侵蚀[3]。与此同时，在钢液流动冲刷、塞棒吹氩搅动和电磁搅拌力三力共同作用下，加剧浸入式水口内孔壁侵蚀剥落速度，150 min 内浸入式水口内孔扩径严重，呈喇叭形。一旦浸入式水口内孔扩径呈喇叭形，插入深度大于140 mm，就会改变结晶器内钢液流场，加剧钢液对初生坯壳的冲刷，造成初生坯壳厚薄不均匀，导致方坯表面出现纵向裂纹。

图2 方坯缺陷

2 改进工艺

改进工艺时，既要确保质量，还要实现低成本。针对方坯表面纵向裂纹缺陷，从五个方面入手，本表兼冶，彻底解决浸入水口内孔扩径造成方坯表面纵向裂纹缺陷的问题。

2.1 控制铬镍当量之比

由于钢种成分差异，TP347HFG 与TP347H 相比，更具有较强的纵向裂纹敏感性。冶炼过程中Cr、Ni 当量之比控制也非常关键[4]。在方坯连铸中，由于方坯表面和芯部的冷却速度不同，铸坯内外产生较大且不能同步的热应力，如果Cr、Ni 当量之比控制不当，太低或太高都会导致方坯表面出现纵向裂纹。因此，对于TP347HFG 方坯Cr、Ni 当量之比需有一个合理的控制范围。另外，将熔炼成分C 含量控制在标准成分下限，Nb 含量也相应降低，从而减少含Nb析出相，有效减少裂纹[5]。

经过100 炉TP347HFG 方坯生产实践，结合穿管验证，Cr、Ni 当量之比＝1.35～1.40 为TP347HFG 减少纵向裂纹缺陷最佳控制范围，其中Cr 当量＝w（Cr）＋1.5×w（Si）＋0.5×w（Nb），Ni 当量＝w（Ni）＋30×[w（C）＋w（N）]＋0.5×w(Mn)。

2.2 调整Ca-Si 线喂入量

为防止浸入水口中的Al2O3、SiO2与Ca 处理钢中的CaO 反应形成钙黄长石低熔点相，造成水口侵蚀，Ca-Si 线喂入量由4 m/t 降为2 m/t。

2.3 优化结晶器电磁搅拌参数

使用结晶器电磁搅拌，电流和频率是两个重要的参数。随着电流的增加，钢液内部磁感应强度和电磁力均增加，钢液搅拌速度也增加[6]。

220 mm×220 mm 方坯结晶器电磁搅拌参数范围：电流0～800 A，频率0～6 Hz。改进前方坯No.1-4 流结晶器电磁搅拌参数均为：电流550 A、频率4.5 Hz。对结晶器电磁搅拌参数进行优化，由原来的电流550 A/频率4.5 Hz 改为电流350 A/频率4.5 Hz。在降低钢液内部磁感应强度和电磁力，缓解钢液对浸入式水口冲刷侵蚀的同时，也解决了中心疏松和缩孔缺陷的问题。

2.4 使用实芯塞棒

塞棒吹氩提高钢液流速，防止浸入式水口堵塞，同时也增加了钢液对浸入式水口内壁的冲刷侵蚀。为降低钢液对浸入式水口内壁的冲刷侵蚀，将改进前中心带吹氩通道的塞棒改为实芯塞棒，连铸生产时不再吹氩。

2.5 提高浸入式水口材质

本文所述浸入式水口为直通型，由于成本原因，其结构各部位材质不同：本体Al2O3-C，渣线ZrO2-C，内壁描黑部分Al2O3-ZrO2-C。如图3 浸入式水口内壁描黑部分纵向高180 mm，宽7 mm；横向厚10 mm。对浸入式水口内壁描黑部分材质进行改进：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。

图3 浸入式水口（mm）

3 实践效果

通过控制Cr、Ni 当量之比，调整Ca-Si 线喂入量，优化结晶器电磁搅拌参数，使用实芯塞棒，改进浸入式水口部分材质五个措施，彻底解决了浸入式水口内孔扩径问题。TP347HFG 方坯1个中包连浇炉数由3 炉提高到8 炉，低倍检验无中心疏松和缩孔缺陷；钢中五大类非金属夹杂物评级均不大于1.0 级；方坯表面纵向裂纹废品率由改进前19.32%降为0。

4 结论

1）TP347HFG 方 坯 控 制Cr、Ni 当 量 之 比 在1.35～1.40 之间，不但可降低方坯纵向裂纹产生机率，而且还有助于降低穿管时管坯表面裂纹产生的机率。

2）改进工艺时，既要确保质量，还要实现低成本，本表兼冶，全方位入手。