冶炼工艺和锭型对大钢锭冶金质量的影响

陈柏旭

大型优质锻件所需毛坯—大钢锭的冶金质量对产品合格率起着根本性的影响，而不同的冶炼方式和锭型参数又影响着钢锭冶金质量的高低。钢锭的冶金质量指标主要包括：洁净度、气体含量、均质性及缩孔、疏松等。中国一重曾采用两种不同的冶炼工艺生产了281吨和292吨钢锭，用它们制造的大型锻件出现了完全不同的检验结果。

281吨锭型的冶炼工艺为电炉粗炼+LF炉精炼（VD）+中间包芯杆吹氩，精炼时采用硅和铝脱氧，结果锻件出现探伤不合格。292吨锭型在炼钢过程中降低了硅含量，工艺路线改为电炉粗炼+LF炉精炼（LVCD）+真空浇注（VCD），采用铝脱氧和真空碳脱氧相结合的方式，结果锻件探伤一次性全部通过。

钢液的洁净度主要由非金属夹杂物和残余元素所体现，不同的冶炼方式对非金属夹杂物有明显的影响，但对残余元素As、Sn、Sb、Co、Cu的影响不大。LF精炼炉中，非金属夹杂物通过斯托克斯定律和氩气泡的浮选作用与钢液分离。脱氧方法决定了夹杂物生成的种类、形状和大小。

钢锭中的气体对锻件质量影响颇大，氢是钢中产生白点的主要原因，而且还使钢产生氢脆，严重降低了钢的横向力学性能。氧和氮在钢中主要以氧化物和氮化物的形式存在，它们对锻件的影响主要决定于这些非金属夹杂物的形状、尺寸和分布。前期采用硅和铝脱氧，在真空浇注时，由于钢液中氧含量低，产生气泡少，浇注时扩散角度小，滴流效果欠佳，而后期采用真空碳脱氧生成的CO气泡在真空下膨胀爆炸，带动钢液的滴流化，滴流气体扩散路径缩短，从而更容易去除。另外，碳氧反应产生的CO气泡在钢液中的运动对非金属夹杂物的排除也是至关重要的。

钢锭中孔洞型缺陷通常位于柱状晶以内的钢锭的中心区域，尤其在偏析集中处存在大量的缩孔和疏松。如果钢锭截面过大，在锻造的过程中即使采用大压下量也很难锻合，到后期探伤时出现缺陷。锭型参数主要由高径比、锥度、冒口径缩比、凹面圆心角及锭模厚度等，通过计算机模拟及生产实践表明，钢锭的高径比和锥度对钢锭的缩孔、疏松影响较明显。生产实践表明：

采用真空碳脱氧和铝脱氧冶炼方式较采用硅脱氧和铝脱氧方式，硅酸盐夹杂明显减少，从2.0级降低到0.5级；

真空碳脱氧后，钢锭中的氢、氧含量在原来的基础上分别下降了18.2%和22.7%；

采用小高径比、大锥度锭型有效避免了钢锭缩孔、疏松类缺陷进入锭身。

采用真空碳脱氧后，锻件的强度指标和塑性指标差别不大，冲击韧性有所下降，但均满足产品技术条件要求。

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281吨锭型也采用真空浇注（VCD）吗？VD炉进行的真空碳脱氧？如何操作能讲讲吗？