28.4 t 1Mn18Cr18N护环电渣锭生产

温培建　向大林

(浙江电渣核材有限公司，浙江314305)



28.4t1Mn18Cr18N护环电渣锭生产

温培建向大林

(浙江电渣核材有限公司，浙江314305)

根据1Mn18Cr18N钢特点，通过精心制备电极及控制电渣重熔过程，成功生产了重达28.4t的护环电渣锭。电渣锭表面质量优良，底部成型良好，顶部补缩密实平整。

1Mn18Cr18N；电渣重熔；电渣锭；护环

护环是发电机的重要部件，用来卡紧线圈端部承受高的离心力。为了防止在交变磁场中的损耗，护环应是无磁钢 。

1Mn18Cr18N护环钢中，低C(≤0.10%)和高Cr(17.50%～19.60%)保证耐腐蚀性能，高Mn(18.00%～20.00%)保证顺磁性，高Cr、高Mn保证N2的高溶解度，N保证γ相区，获得稳定奥氏体。本文报告护环用28.4t1Mn18Cr18N电渣锭重熔技术和生产结果。

1　电渣锭的化学成分要求

为了满足百万千瓦大型机组护环用钢的要求，根据客户的要求，成功研制并生产了28.4t的高Mn(19.10%)、高Cr(19.05%)、高N(0.70%)护环用电渣锭。电渣锭的化学成分要求见表1。

表1　电渣锭的化学成分要求(质量分数，%)Table 1　The required chemical composition of ESR ingots (mass fraction, %)

2　电极生产

电极生产工艺流程为：EAF→VODC→VCD→VD→LF→浇注。

电极冶炼工艺要点：

(1)初炼钢水转入VODC时升温至1 700℃以上，经真空吹氧脱碳、真空碳脱氧和真空脱气后，加入电解锰；

(2)VODC转LF精炼炉时，不扒渣，避免在LF升温过程中增C过多；

(3)LF升温至1 700℃以后，渣扒光，然后加入CrN；

(4)电极模预热充分，浇铸过程采用氮气环保护。

严格按工艺要点操作，自耗电极成分控制如表2所示，N的收得率很高，其中一炉N含量达到0.72%。自耗电极P含量很低，为0.017%左右。电极表面无裂纹、翻皮、重皮、结疤、飞边等缺陷，冒口饱满平坦，水口端锯切后，端面质量优异，如图1所示。

表2　电极化学成分(质量分数，%)Table 2　Chemical compositionof electrodes (mass fraction, %)

图1　自耗电极断面Figure 1　The fracture surface of consumable electrodes

3　电渣重熔过程控制

3.1引燃造渣

采用四元渣，萤石、铝氧、石灰和石英砂，共905kg。用自耗电极在直径1 300mm结晶器内冷启动造渣。在干燥的空气保护下进行造渣，炉内湿度为1.0g/m3。造渣时间26min，进入正常熔炼。

3.2正常重熔

1Mn18Cr18N要求N含量尽可能高，电渣重熔必须注意保N。钢的成分一定时，N含量主要取决于电渣重熔过程中的温度和压力。N在钢水中的溶解度服从西华特定律，一般情况下，温度越高，溶解度越大，即升高温度能提高N在钢水中的溶解度。但对于1Mn18Cr18N护环用钢，N在钢中的溶解度随温度的升高而降低。之所以出现这种反常规现象是由于大量合金元素相互作用的结果。因此，正常重熔过程要特别注意控制温度不宜太高。重熔过程中，输入功率又不能太低，否则电渣锭表面会形成渣沟。

常压下1Mn18Cr18N钢液中氮的溶解度大约为0.6%～0.71%，重熔工艺的温度控制得当，可以把电极中的高N含量保持在电渣锭中的。因此，重熔工艺中既要注意防止N的逃逸，又要保证N的均匀化并且不产生气泡，同时兼顾电渣锭的表面质量。

根据1Mn18Cr18N相图，液相线温度为1 440～1 460℃，固相线温度为1 320～1 350℃。两相区温差宽，特别是在此钢种合金含量高达40%以上时，要注意控制偏析。重熔工艺要注意熔化速度和冷却强度的平衡。

重熔生产全过程都是在干燥空气保护下进行的，炉内湿度始终保持在1.0g/m3。工艺操作严格按照既定的电制度、渣制度、速度制度执行，控制渣温和熔速在适宜的范围，电极余头三相齐平。

3.3脱氧

炼钢就是炼渣，在电渣重熔过程中，必须保证熔渣始终是还原性的。

(1)

式中，[%O]为与任意熔渣相平衡时，钢液中的氧含量；[%O饱和]为与纯FeO熔渣相平衡时，钢液中的氧含量。

(2)

(3)

(4)

式中，L0为氧在渣钢间的平衡分配系数。

当渣中存在大量FeO时，熔渣具有很强的氧化能力；相反，当FeO含量很低时，熔渣具有还原能力。通过脱氧技术，保证渣在长达数十小时的重熔过程中，始终呈白渣，FeO含量≤0.5%。

3.4补缩

1Mn18Cr18N熔点低，钢种本身的属性给补缩带来了很大的技术难度。众所周知，补缩过程是逐渐降低功率，降低温度，降低速度，使熔池逐渐变浅的过程。1Mn18Cr18N熔点低，如果操作不当，渣温过低，电渣锭顶部会出现千层饼，甚至造成渣钢相混。补缩时，要适时降电压，不允许升电压。

3.5锭重控制

根据钢的密度经验公式：

(5)

式中，△ρj为钢中某元素含量增加1%时铁的密度变化值，t/m3；ωj为钢中某元素的质量分数，%。

根据公式(5)，查钢中元素含量对钢的熔点和密度的关系表可以计算出：1Mn18Cr18N护环用钢常温下密度为(7.40～7.45)t/m3，比常规钢种轻5%。因此，锭重控制上要考虑该钢种密度问题，否则，会造成实际重量不满足工艺要求重量。

3.6电渣锭的外观质量

表3　电渣锭上、中、下部的化学成分变化(质量分数，%)Table 3　The chemical composition changes of top, middle, and bottom of ESR ingot (mass fraction, %)

表4　锻件毛坯上、下部的化学成分(质量分数，%)Table 4　Chemical composition of top and bottom of forging blank (mass fraction, %)

通过上述电渣重熔过程技术控制，电渣锭脱模后，电渣锭底部成型良好，表面无渣沟，顶部补缩密实平整。

3.7电渣锭化学成分

电渣锭本体取样，经分析检测，N高达0.70%，N得到了可靠的控制，达到了非常高的水平。电渣锭底部、中部、顶部成分基本一致，成分均匀性很高。电渣锭本体取样分析成分见表3。

4　锻造

用140MN油压机，第一火始锻温度1 180℃，终锻温度950℃，电渣锭轴线平行上下砧滚圆。其余火次始锻温度1 200℃，终锻温度950℃。利用红外线测温仪测量电渣锭表面温度。锻造注意事项：

(1)电渣锭保温时间一定要充分，上下砧要预热；

(2)严格控制压下量；

(3)多观察是否出现裂纹，一旦出现裂纹马上停止锻造，把裂纹清理干净；

(4)勤测温，严格控制始锻温度和终锻温度。

电渣锭尺寸∅1 300mm×2 800mm，护环毛坯尺寸∅680mm×8 350mm。

锻造成护环毛坯后，毛坯两端分别取样，检测分析其化学成分，检测结果见表4。

5　结语

(1)利用自主创新研发的电渣技术生产的28.4t1Mn18Cr18N护环用电渣锭冶金质量优良，电渣锭底部成型良好，表面光滑无渣沟，顶部补缩密实平整。电渣锭化学成分同电极成分基本一致，电渣锭底部、中部、顶部成分基本一致，N含量高达0.70%；Al含量为0.003%～0.005%，O含量为18×10-6，S含量为10×10-6。

(2)国内生产的1Mn18Cr18N护环用电渣锭，过去一般在10t范围内，N含量一般在0.6%以下，可以认为，重量达到28.4t，N含量达到0.70%，成分均匀高度一致，技术上有了长足进步甚至突破。

(3)1Mn18Cr18N钢锭锻造易镦不易拔，一般要求钢锭直径小于1 000mm。但是通过电渣重熔，改善了钢锭的内部结构，显示了电渣重熔的优势。电渣锭尺寸为∅1 300mm×2 800mm，护环毛坯尺寸∅680mm×8 350mm。

[1]向大林，等. 18-18护环用钢的电渣重熔技术研究和应用[J].大型铸锻件，1997,75(1)：16-20.

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编辑陈秀娟

Productionof28.4t1Mn18Cr18NElectroslagRemeltingIngotforRetainingRing

WenPeijian,XiangDalin

Bycarefullypreparingtheelectrodeandcontrollingtheelectroslagremeltingprocess,the28.4tESRingotforretainingringhasbeenproducedsuccessfullyinaccordancewiththecharacteristicsof1Mn18Cr18Nsteel.ThequalityofESRingotsurfaceisgood.Meanwhile,themouldingofingotbottomisalsogood,andthefeedingofingottopisalsotightandflat.

1Mn18Cr18N;electroslagremelting;ESRingot;retainingring

2015—12—02

温培建(1982—)，男，工学硕士。

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