超纯铁素体不锈钢连铸坯表面卷渣缺陷改善

杜立功， 王 伟， 常国栋

（山西太钢不锈钢股份有限公司炼钢二厂， 山西 太原 030003）

超纯铁素体不锈钢为碳、氮含量极低的铁素体不锈钢，该系列钢中普遍应用于汽车排气行业、家电及餐具行业。由于该系列钢种要求超低碳、氮并进行钛稳定化处理，钛元素的加入，给钢水的洁净度控制，连铸过程的稳定性等造成极大的影响，如果控制不好会造成连铸坯表面卷渣、铸坯横裂、纵裂、凹陷等缺陷，最终影响到产品的质量，为此国内外钢厂对此类品种的铸坯一般采用铸坯修磨来保证后续产品质量，不仅影响生产效率，且大幅提高生产成本。本文通过对钛合金化工艺、连铸参数的研究，弄清楚影响铸坯表面质量的因素，实现铸坯无修磨轧制。

1 铁素体不锈钢连铸坯常见表面质量问题

连铸板坯常规表面质量问题如图1 所示。目前对超纯铁素体不锈钢来说，出现频率较多的问题主要是表面卷渣缺陷，此类缺陷主要通过修磨的方式进行处理，会带来物流效率低的问题，由此会可能导致铸坯发生断裂的问题。因此解决铸坯的卷渣缺陷尤为重要。

2 钢水质量对铸坯卷渣的影响

相关学者研究[1]认为造成含钛不锈钢铸坯表面形成夹渣的原因为连铸浇铸过程的水口堵塞，含钛不锈钢连铸生产过程中，保护渣不可避免地吸收钢液上浮的TiO2夹杂物，或钢液中存在的钛被保护渣中的SiO2氧化后进入保护渣，与保护渣反应使保护渣的熔点升高，影响保护渣的熔化性能，形成结晶器保护渣“结鱼”，结鱼形成后会造成保护渣大量的卷入铸坯表面带来铸坯卷渣缺陷。为此通过提高钢中的w（Al）＞0.03%[2]，延长钛合金化后的精炼时间等工艺措施的实施，减少钛合金化后TiOx生成以及通过延长精炼时间使生成的TiOx上浮去除，最终实现多炉连续浇铸而不发生水口堵塞及铸坯表面卷渣。

3 结晶器流场对卷渣的影响

以409 为代表的连铸坯表面“卷渣”缺陷形貌如图2 所示，该缺陷主要表现为：连铸坯内外弧均有，内弧中部居多，呈不规则分布，卷入深度不一，部分嵌入深度超5 mm。如不进行深修磨，冷轧薄板表面会呈现夹杂缺陷，该缺陷成为制约含钛钢表面质量提升的不利因素。前人曾采取优化浸入式水口插入深度、优化结晶器保护渣性能、提高保护浇注效果等手段，但效果不佳。

3.1 SEN 倾角对流场的影响

不同倾角（5°、10°、15°）下，结晶器液位波动情况与浸入式水口插入深度关系水模试验结果如下页图3 所示。

图3 浸入式水口倾角对液面波动的影响

资料显示，水模试验中心波高在2～5 mm 之间为最佳范围，低于3 mm 则认为液面太死，上循环弱，不利于结晶器保护渣熔化，高于5 mm 则会增加“卷渣”几率。使用原15°水口、浸入式水口插入深度为130～140 mm 时，结晶器液位中心波高在2～3 mm之间，效果较好，若使用5°和10°水口时，波高迅速减小，不利于化渣。

工业实践表明，在保持浸入式水口侧孔尺寸和中孔尺寸不变前提下，使用三种角度水口，连铸坯表面均有“卷渣”出现，无明显差别，说明优化浸入式水口倾角对解决连铸坯“卷渣”效果不明显。

3.2 SEN 侧孔尺寸对钢水出口流股影响

SEN 不同侧孔尺寸（48 mm×70 mm、48 mm×60 mm、32 mm×52 mm）下，结晶器液位波动与浸入式水口插入深度关系水模试验结果如图4 所示。

图4 不同中孔尺寸下浸入式水口插入深度与结晶器液位波动关系

在保持浸入式水口出口倾角、中孔尺寸不变情况下，与原水口相比较而言，减小出口尺寸后的水口对应钢流出口流速增块。以1 060 mm 规格对应浸入式水口插入深度130 mm 为例，原水口出口中心波高为1.9 mm，试验水口1 对应出口中心波高为2.2 mm，试验水口2 对应出口中心波高为4.0 mm。水模试验结果表明：对小断面、低拉速钢种，小侧孔水口效果较好；现场实践具有同样的规律。

3.3 SEN 中孔尺寸对钢水出口流股影响

如前所述，改变浸入式水口倾角对解决连铸坯表面“卷渣”缺陷效果不明显；减小侧孔尺寸在低拉速、小断面钢种上取得了较好效果

基于此，研究了不同中孔尺寸水口对浸入式水口出口流股影响，原水口（中孔68 mm）和试验水口（中孔60 mm）对比结果如下：

1）水模试验表明。在浸入式水口侧孔尺寸仍为50 mm×70 mm，倾角仍为上倾15°、拉速为0.9 m/min、浇注断面为200 mm×1 240 mm 情况下。原水口中孔面积和侧孔面积比为4.32，浇注过程中存在钢流不稳定，不利于稳定结晶器流场，且不利于结晶器化渣；试验水口（中孔60 mm）中孔面积和侧孔面积比为3.36，浇注过程中水流平稳，效果较好；

2）实践结果显示，使用60 mm 中孔浸入式水口后，409、超纯等钢种连铸坯表面“卷渣”问题得到了有效解决，改善后连铸坯内外弧表面如图5 所示。

图5 409 使用60 mm 中孔浸入式水口后对应连铸坯表面质量

4 结论

1）造成超纯铁素体不锈钢铸坯表面卷渣的主要原因是钢水钛合金化后钢中TiOx上浮不充分或钢中的钛受保护渣中SiO2氧化生成TiOx类夹杂物造成保护渣熔点升高，形成“结鱼”后固态保护渣卷入铸坯表面。

2）SEN 侧孔参数不合适影响钢水出口流股的稳定，造成结晶器液面不稳，保护渣卷入铸坯表面，形成铸坯卷渣缺陷。

3）SEN 中孔参数与铸坯拉速不匹配，浸入式水口内钢水流入结晶器内流场紊乱造成的保护渣卷入形成铸坯表面卷渣缺陷。

4）通过铸坯表面卷渣问题的解决，439、441、436L 等超纯铁素不锈钢的无修磨流通的比例从0提高到了20%以上，冷轧板产品表面质量达到正常修磨铸坯的水平。