重熔渣系对0Cr17Ni4Cu4Nb钢性能的影响_方静贤
重熔渣系对0Cr17Ni4Cu4Nb 钢性能的影响
方静贤
1,2
(1.宝山钢铁股份有限公司特殊钢分公司,上海200940; 2.上海大学)
=摘要> 对0Cr17Ni4Cu4Nb 钢采用A 、B 两种重熔渣系进行电渣重熔试验,结果表明,两种渣系电渣重熔均能满足0Cr17Ni4Cu4Nb 钢对成分、夹杂物含量、力学性能的要求,但采用B 渣系冶炼能显著提高0Cr17Ni4Cu4Nb 钢的横向冲击性能,显著改善材料塑性的各向异性,满足叶片用钢缩小纵、横向性能比的高要求。
=关键词> 0Cr17Ni4Cu4Nb 钢 电渣重熔 重熔渣系 化学成分 力学性能
作者简介:方静贤,女,工程师,主要从事不锈钢的生产与研究工作,联系电话:021-********;E -mail:fangjingxian @baosteel.
com
INFLUENCE OF REMELTING SLAG SYSTEM ON PROPERTY
OF 0Cr17Ni4Cu4Nb STEEL
Fang Jingxian
1,2
(1.Baoshan Iron &Steel Co.,Ltd.Special Steel Branch;2.Shanghai University)
=Abstract > Two kinds of slag syste ms (A and B)were used to test the electroslag re melting of 0Cr17Ni4Cu4Nb steel.The results showed that both the slag systems could meet the standard require ments of 0Cr17Ni4Cu4Nb steel for the composition,inclusion content and mechanical property.The remelting by B type slag system could increase the cross -impact property significantly and improve the anisotropy of the material greatly,thus to meet the strict requirement for reducing the ratio of longitudinal vs.transverse property of the steel used for blade.
=Key Words > 0Cr17Ni4Cu4Nb Steel,Electroslag Remelting,Remelting Slag System,Chemical Composition,Mechanical Property 汽轮机叶片用钢的冶金质量和性能决定了汽轮机叶片的功效,进而决定汽轮机的热效率和发电量。用于制造汽轮机叶片的0Cr17Ni4C u4Nb 钢采用电渣重熔冶炼工艺进行生产以提高钢的冶金质量。电渣重熔属于二次精炼法,其方法是利用渣层产生电阻热来熔化预先制备的母电极,液态金属以熔滴状态通过渣层精炼后落至水冷结晶器的金属熔池中,金属溶池中的钢液由下而上逐步快速结晶,从而达到提高钢的纯度和改善钢锭结晶组织的目的,获得高质量的金属产品。重熔渣在电渣重熔过程中不仅发挥电阻元件的功能,而且具有精炼、防氧化、提高钢锭表面质量等作用,故在电渣重熔过程中,重熔渣的成分配比、物理化学性质和渣量对电渣重熔产品的质量、技
术经济指标和操作的顺行及安全性影响很大。本文重点研究渣系对0Cr17Ni4Cu4Nb 钢性能的影响。1 试验方法111 渣系的选择
重熔渣的熔点、粘度、界面张力等各项物理性能直接影响重熔钢锭的质量。熔渣的熔点太低,其电导率太高,使钢锭产生成分偏析、疏松、气孔、夹杂等缺陷;熔点过高,除降低电导率外,还增加熔渣黏度,妨碍脱硫等物理化学反应,影响内在质量及表面质量,故熔渣的熔点应低于重熔金属熔点100~200e 为宜。熔渣应具有适当的黏度,良好的流动性,黏度随着温度的变化缓慢改变才能保证有良好的铸锭表面质量;熔
第31卷 第4期上 海 金 属Vol 131,No 14 25
2009年7月
SHANGHAI METALS
Jul y,2009
渣黏度还影响金属熔滴在渣中的停留时间,直接影响金属精炼效果,一般黏度小一些为好。为了使铸锭与渣皮之间能容易分离,熔渣与金属液间必须有较大的界面张力,同时在高温下熔渣对自耗电极中的非金属夹杂物应该具有良好的润湿、吸附及熔解能力,从而起到对钢液渣洗的作用。
本次试验选用的渣系为CaF2-Al2O3-CaO-MgO四元渣系,该渣系是在CaF2-Al2O3-CaO渣系基础上加入MgO部分取代CaO,适当提高熔渣在高温下的黏度,在渣池表面形成一层半凝固膜以防止渣池吸氢及防止渣中变价氧化物向金属熔池传递供氧。
试验选择了两种成分的渣系,其中A渣系为生产上常用的高氟四元配比渣,B渣系为低氟四元预熔环保渣。B渣系是在A渣系的基础上降低了55%的CaF2量,增加了25%的Al2O3和30%的CaO量。考虑到B渣系中增加了大量的Ca O,提高了渣系的碱度,对脱硫有益,但容易增加钢中的氧、氢含量及增加Si的烧损,故B 渣系渣型选用预熔渣,预熔渣成分稳定均匀,含水量少,能减少重熔钢锭中氢、氧的增量。
112试验方案
试验原料选用经电弧炉冶炼、AOD精炼的同一炉号0Cr17Ni4Cu4Nb电极棒10支。在4t电渣炉中进行重熔试验。试验渣系即前述之两种Ca F2-Al2O3-Ca O-MgO四元渣系,A渣系和B渣系各试验5炉。试验时除渣系不同外,渣量、电压、炉座等参数均相同。电渣重熔后的电渣锭轧制成材,取样,经热处理后检测性能。
2试验结果
两种渣系重熔的试验钢的化学成分、夹杂物水平、室温性能分别见表1、表2、表3。从表中可见,采用B渣系重熔钢的化学成分中S、Si含量稍低,氢、氧含量稍高,其余元素含量无甚差别。两种渣系重熔钢的夹杂物水平也相当。两种渣系重熔钢的室温纵横向拉伸性能、硬度及纵向冲击性能都相当,但采用B渣系重熔显著提高试验钢的横向冲击性能,约提高50%,有效改善材料塑性的各向异性。
3分析与讨论
311渣系对化学成分的影响
(1)渣系对氮、氢、氧气体含量的影响
预熔渣与配比渣相比,除具有稳定的炉渣成分和重量,能确保生产的稳定性和重现性外,而且渣中水分少,可减少钢锭增氢。本次试验中,氢、氧含量B渣系重熔的都比A渣系重熔的稍
表110炉0Cr17N i4Cu4Nb试验钢的化学成分(wt%)
C S P Mn Si Cr Ni Cu Ti Al Nb+Ta N H O
GB P T8732-2004[01055[01025[01030[0150[110015100P
16100
3180P
4150
3100P
3170
[01050[01050
0115P
0135
[01050--
A渣系钢(5炉范围值)01036P
01037
01003P
01004
01020P
01021
0116P
0117
0153P
0155
15171P
15174
4114P
4115
3102P
3105
01005P
01010
01010P
01012
0120P
0121
01020P
01022
010003P
010004
010026P
010029
B渣系钢(5炉范围值)01036P
01037
01002P
01003
01020P
01021
0116P
0117
0150P
0152
15172P
15175
4114P
4115
3103P
3105
01005P
01010
01010P
01013
0120P
0121
01020P
01021
010004P
010005
010030P
010035表210炉0Cr17N i4Cu4Nb试验钢的夹杂物水平
GB P T8732-2004部位
夹杂物
A细A粗B细B粗C细C粗D细D粗[210[210[210[210[210[210[210[210
A渣系钢头部0150110000110~1150~015 (5炉范围值)尾部0150110000110~1150~015 B渣系钢头部0150110000110~1150~015 (5炉范围值)尾部0150110000110~1150~015 26上海金属第31卷
表310炉0C r17N i4Cu4Nb试验钢的室温性能
Rm P MPa Rp012P MPa A P%Z P%HB A kv P J GB P T8732-2004950~1020890~980\16\55293~321-
A渣系钢(5炉)
纵向
横向范围值955~970910~9352210~231573~75313200~214平均值961921237410313205
范围值950~980895~9402115~231072~7431394~114平均值96091722157310313102
B渣系钢(5炉)
纵向
横向范围值950~970895-9302210~231071~75313204~226平均值95791322157310313213
范围值950~970900~9302110~241071~75313142~163平均值960922237410313157
注:试样热处理制度为1040e@1h强风冷+820e@015h强风冷+570e@3h空冷
高,可见,在本试验中渣系成分对氢、氧含量的影响比渣型影响更大。
(2)渣系对Si、Mn易氧化元素的影响
电渣重熔中,Ti、Al、Si、Mn等易氧化元素的氧化程度决定于侵入氧量的多少,及这些元素含量的多少。本试验中,因原电极中铝、钛、锰含量较低,硅出现了烧损。通常烧损的程度随Al2O3含量的增加而增大,本试验中B渣系比A 渣系提高了25%的Al2O3,故经B渣系重熔的钢锭Si含量烧损严重些。
(3)渣系对夹杂物的影响
电渣重熔通过渣液对钢中夹杂物的吸附和溶解进一步净化材质,经净化后的钢液由下而上快速结晶,使夹杂物呈均匀分布。电渣钢锭中的夹杂物主要为硫化物夹杂及氧化物夹杂。金属熔池中硫化物夹杂不可能通过上浮作用而去除,只能通过渣的脱硫反应脱除。大颗粒的氧化物夹杂在重熔过程中可以通过上浮而去除。沿锭的横向分布看,夹杂物从锭心到锭表面略有减少;而从纵向看,夹杂物基本均匀分布。本试验中,A、B 两渣系均具有较好的脱硫能力,其硫化物水平相当。虽然B渣系重熔后的产品比A渣系重熔后的产品氧含量稍高,但B渣系采用的是预熔渣,渣系中不稳定氧化物的含量较低,有利于钢锭中氧化物夹杂的减少。本次试验结果显示,A、B 两种渣系都具有较强的去夹杂物能力,重熔钢锭的夹杂物水平相当。
312渣系对力学性能的影响
电渣重熔对金属性能的改善主要是通过对结晶规律的控制和夹杂物的去除实现的。结晶过程主要靠强制冷却产生的自发晶核进行,自发晶核的产生是比较均匀和分散的,电渣锭通常不存在严重的横向柱状晶带,结晶以等轴晶为主,所以电渣重熔钢各个方向的机械性能比较接近,各向同性的特点比较明显[1]。本次试验采用的B渣系加入了较多的Al2O3,比电阻较高,在相同的电压下,金属熔池变浅且底部平坦,也因此有利于机械性能各向异性的改善。试验结果显示,B渣系重熔显著提高了钢的横向冲击性能(约提高50%),有效改善了材料塑性的各向异性。
4结论
(1)采用A渣系与B渣系生产的0Cr17Ni4Cu4Nb钢成分、夹杂物含量、力学性能均能满足GB P T8732-2004的要求,故A、B渣系均可用于叶片用钢0Cr17Ni4Cu4Nb的生产。
(2)两种渣系重焙的0Cr17Ni4Cu4Nb钢的室温纵横向拉伸性能、硬度及纵向冲击性能相当,但采用B渣系冶炼能显著提高横向冲击性能(约提高50%),显著改善材料的各向异性,满足叶片用钢缩小纵、横向性能比的高要求。
(3)两种渣系重焙的0Cr17Ni4Cu4Nb钢,均未发现缺陷和不足,但B系渣重焙能显著改善材料的各向异性,可以批量试生产。
参考文献
[1]李兆劲.电渣重熔对钢的各向异性的改善[J].大型铸锻
件,1995,(2):28~32.
收修改稿日期:2009-03-16
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第4期方静贤:重熔渣系对0Cr17Ni4C u4Nb钢性能的影响