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第四届发展中国家连铸国际会议论文水平连铸高压锅炉管用12Cr2MoWVTiB圆管坯工艺参数研究田汉蒲徐景峰（湖南衡阳钢管（集团）有限公司，湖南衡阳421001）摘要：研究了水平连铸生产∮130mm规格高压锅炉管用12Cr2MoWVTiB铸坯的主要工艺参数，分析了起铸失败、拉坯阻力大的原因，提出了钢中V、Ti、B等元素含量，起铸工艺，钢水过热度，结晶器锥度，反推量等是该钢种生产成功的关键因素，并给出了其适当的控制范围。关键词：水平连铸；12Cr2MoWVTiB；圆管坯；参数研究ThestudyontechnologyparameterofHorizontalContinuousCast12Cr2MoWVTiBsteelroundbilletfortubeofhighpressureboilerTIANHan-pu,XUJing-feng(HunanHengyangSteelTubeCoLtd,Hengyang421001)Abstract：Themaintechnologicalparameterof12Cr2MoWVTiBsteel∮130mmroundbilletforhighpressureboilertubehasbeenstudied,andanalyzedthereasonofbeginningcastingfailureandlargeresistancetostripping,andproposedthekeyfactorofsucceedproductwasV、Ti、Bcontentinsteel,beginningcastingprocess,liquidsteelsuperheat,taperofmold,reverse-pushing,andadvisedthepropercontrolarea.Keywords:HorizontalContinuousCast;12Cr2MoWVTiB;roundbillet;parameterstudy1前言12Cr2MoWVTiB钢具有较高的使用温度（≤620℃）、良好的焊接性能及在高温下表现出的优良的力学性能、耐磨性及抗高温蠕变性等，被用在国产20万、30万千瓦火力发电机组的过热器和再热器上。国内年需求量约在6500吨左右，随着国家新一轮能源基础设施建设的展开，该钢种的市场前景将更为广阔。衡阳钢管（集团）有限公司利用水平连续铸钢技术，对此钢种进行了研究开发。212Cr2MoWVTiB钢化学成份及钢水准备2.1化学成份YB/T5137-1998《高压用无缝钢管圆管坯》规定12Cr2MoWVTiB钢的化学成份见表1。为最大程度满足钢的性能要求[1]，生产时制定了内控标准。包括对P、S及残余元素的含量均作出了规定。表112Cr2MoWVTiB钢化学成份的标准及内控要求Table1Thecriterionofchemicalcompositionfor12Cr2MoWVTiBsteel元素/%CSiMnPSCuCrMo标准要求0.08~0.150.45~0.750.45~0.65≤0.030≤0.030≤0.201.60~2.100.50~0.65内控要求0.08~0.120.50~0.650.50~0.65≤0.020≤0.010≤0.151.70~2.000.52~0.60元素/%TiVBWNiAs+Sn+Sb+Pb+Bi标准要求0.08~0.180.28~0.420.002~0.0080.30~0.55内控要求0.11~0.160.30~0.400.002~0.0080.35~0.50≤0.25≤0.0402.2工艺路线12Cr2MoWVTiB钢工艺路线为：EBT+LF+喂丝+VD+保护浇注+HCC。第四届发展中国家连铸国际会议论文3水平连铸机的主要性能参数连铸机型号SLD-140中间包容量15t机数×流数×台数3机×2流×2台流间距1200mm冶金长度10.5m拉坯速度≤3.5m/min铸坯规格∮110~∮180mm切割方式火焰切割冷却方式缓冷4试生产结果经充分论证试生产∮130mm规格12Cr2MoWVTiB钢。试验分为三个阶段，第一阶段，先生产二炉，以检验所制定工艺和现有工模具能否满足生产要求；第二阶段，根据试生产暴露出的问题，进行分析研究，对工艺参数和工模具进行适当的优化，并对修改结果予以验证；第三阶段，小批量组织生产。试生产每炉钢水重量控制在36吨左右，LF吊包温度控制在1620℃~1640℃，钢液成分按YB/T5137-1998控制。其中磷、硫及“五害元素”分别按[P]≤0.015%、[S]≤0.010%、∑As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi≤0.040%控制见表2。表2试产阶段12Cr2MoWVTiB钢化学成份Table2Thechemicalcompositionof12Cr2MoWVTiBsteelintestproduction元素/%CSiMnPSCuCrMoTiVBWNiAs+Sn+Sb+Pb+Bi炉号A0.090.610.550.0100.0060.101.730.520.090.290.0070.330.150.032炉号B0.150.600.510.0130.0080.151.730.530.080.310.0080.350.150.030试生产时冶炼、精炼过程正常，连铸采用常规的“二步起铸”工艺（即铸坯出结晶器前短时间停拉二次）和较高的正常拉速。在拉坯时出现了以下问题：⑴采用“二步起铸”极易造成起铸失败，即刚开拉，水口通道就被钢水凝固堵死（俗称“絮死”）。两炉钢共计起铸四次，拉坯31支，重约19吨。⑵拉坯阻力比一般钢种大得多。表现在：①拉坯机驱动马达工作电流比正常值高8安左右，并一直处于较高水平；②拉坯辊与引锭杆或拉坯辊与铸坯之间出现打滑现象。⑶“三重点”温度波动范围大，不稳定。⑷连铸坯出结晶器后，稍不注意即易拉漏。⑸圆管坯表面存在着3~8条，深0.5~2mm不等的划痕，且伴有结晶器（含石墨套）内壁的严重磨损现象。⑹管坯横截面经酸浸低倍检验（每流次取两个样），存在1级以上的中间裂纹。针对第一阶段出现的问题，分析原因认为主要是该钢种高温硬度大、脆性大，因此，在第二阶段采取了如下措施：⑴改“二步起铸”为“一步起铸”，尽量缩短起铸坯在结晶器内的停留时间。⑵将钢水吊包温度控制在1640℃的较高水平。⑶适当提高起铸阶段的拉速，并及时调整结晶器冷却水量。⑷调整钢水化学成份，即提高V、Ti含量，降低B含量。工艺改进后，又试了二炉，结果起铸时水口“絮死”问题得到解决；连铸坯表面划痕消除；中间裂纹得到改善（两个试样0.5级、其余6个试样为0级）；拉坯阻力有所下降，但依然较大；“三重点”温度仍第四届发展中国家连铸国际会议论文不稳定。同时，也发现连用结晶器拉坯阻力较小。第三阶段：使用经过改制（适当减小锥度）的结晶器，顺利地组织了10炉12Cr2MoWVTiB钢的生产，成份控制范围见表3，拉坯共计328吨。除一个炉号的其中一流因拉速过快，铸坯被拉断漏钢外，其余一切正常。连铸坯经检验符合YB/T5137-1998《高压用无缝钢管圆管坯》要求，轧管成材率达到80%，开发取得了成功。表310炉12Cr2MoWVTiB钢化学成份范围及平均值Table3Analysesthechemicalcompositionof12Cr2MoWVTiBsteel,10heats元素/%CSiMnPSCrMo范围0.11~0.150.47~0.730.50~0.620.007~0.0150.005~0.0101.65~2.050.51~0.63平均值0.1340.640.570.0120.0081.890.57元素/%TiVBWAs+Sn+Sb+Pb+Bi范围0.12~0.180.30~0.410.002~0.0050.31~0.520.028~0.038平均值0.160.3850.00450.41≤0.035注：Cu≤0.15%，Ni≤0.25%5分析与讨论5.1化学成分12Cr2MoWVTiB钢属贝氏体类钢（也称铁素体型珠光体钢），其合金元素含量约5%，属低合金钢范围。钢中的铬、钨、钼使“C”曲线右移，通过增强过冷奥氏体的稳定性来增加钢的淬透性。同时，它们又是中等强度的碳化物形成元素，通过形成高熔点、高硬度、并具有较大脆性的碳化物（合金渗碳体或特殊碳化物），对基体进行沉淀析出强化。未形成碳化物的铬、钨、钼通过溶于α相中，以固溶的方式对铁素体进行强化，进而实现对基体强化的目的。至于强碳化物形成元素钒、钛，一方面，它们与钢中碳形成VC、TiC等碳化物，对钢进行沉淀强化[2]；另一方面，由于该钢中钒、钛含量较高，钢水是经电炉冶炼，其N含量水平为80~100ppm，比转炉（≤60ppm）要高得多[3]，相当于向转炉钢中增了N。研究表明：钢中增氮提高了碳氮化钒的析出温度，并增加了其析出的驱动力，从而将钢中固溶状态的V变为析出状态的V，显著地提高了钢的强度[4]。据资料介绍[5]，含V钢在650℃等温转变下测得：每增加10ppm的氮可提高强度6MPa以上。形成的碳氮化钒除对细化晶粒、提高强度有着重要作用外，还对消除自由态的N对钢性能的不利影响有好处[6]。钢中添加微量元素硼，既可以大幅度提高钢的淬透性，又可以强化晶界，但B同时也是一种强氮化物形成元素。含硼钢理论研究[7,8,9]认为，即使在高温下，钢液中的[B]与[N]仍存在下列反应：[B]L+[N]=[BN]S，新生高熔点（2600℃以上）的、细小的BN质点优先在与钢水直接接触的BN质分离环（水平连铸特有）上形核、长大（因为此处的形核能量最低），从而增加了钢液与分离环的浸润性（减小了湿润角），增加了铸坯与分离环分离的阻力，此处分离的不均匀性，也造成了“三重点”温度的波动。相同的情况，在后来的含硼钢连铸中也得到了证实。还有研究认为当[B]≥0.007%时，钢的脆性迅速增加，从而增加连铸漏钢的危险性[10]。因此，钢液中B和N含量应加以控制。现场通过控制钒、钛含量在中上限水平，即利用V、Ti来固氮和按[B]≤0.006%加入的措施来减小其影响。5.2钢水温度∮130mm铸坯浇注一炉钢的时间在80分钟左右，钢水过热度通常控制在120℃以上。12Cr2MoWVTiB钢中合金含量相对较多，钢的导热性较差，那么铸坯在结晶器内的初生坯壳相对较薄，除了保证铸坯出结晶器后初生坯壳有足够的强度来承受由拉坯机带来的拉应力和摩擦力（铸坯与结晶器内壁），以及收缩应力、热应力、相变应力共同对连铸坯的作用而不漏钢外，还要确保铸坯出结晶器后回温控制在100℃以下，以免在管坯内部产生裂纹[11]。过高的回温还会加剧铸坯芯部钢液对坯壳的熔蚀，使坯壳变薄，可能导致拉第四届发展中国家连铸国际会议论文漏。所有这些，决定了钢水的过热度不能太高。另一方面，为减小连铸坯与结晶器之间的阻力，又必须给初生坯壳以适当的高温，增加其变形能力，变铸坯与结晶器之间的“硬”摩擦为“软”摩擦，以减小摩擦力。此外，适当的高温，更有利于新旧坯壳之间的焊合，对减轻冷隔纹的深度、提高圆管坯的质量有好处[12]，这又要求钢水的过热度不能太低。通过生产实践证明，将精炼炉钢水吊包温度控制在1640±5℃比较合适。5.3结晶器锥度此前，所有钢种圆管坯都采用同一锥度的结晶器，生产正常。但连铸12Cr2MoWVTiB钢时却发现，拉坯阻力很大，在结晶器出口处极易拉漏。研究发现：结晶器锥度不合适（过大）是主要原因。一方面，因12Cr2MoWVTiB钢含碳量为0.08%~0.15%，正处于包晶区，在钢液凝固时，因包晶反应引发的晶型转变，必然造成体积膨胀[13]；另一方面，12Cr2MoWVTiB钢含较多使钢的凝固收缩显著减小的元素Cr[8]，其凝固收缩也相对要小，从而使坯壳的收缩量小于结晶器内径的减小量，导致拉坯阻力增大，拉坯辊与引锭杆之间出现打滑现象并伴有异常声响即是证明。此时若强行提高辊压增加拉坯驱动力，势必造成结晶器出口处的铸坯上，特别是水平连铸坯固有的冷隔纹处（此处同时因回温现象，坯壳更薄）的应力集中，导