20Cr13 是馬氏體不銹鋼，常用來制造汽輪機葉片、存儲容器、化學反應容器、螺栓、閥體等，用于抗氧化腐蝕等復雜工況環(huán)境。近些年，該品種在煉鋼+軋制工藝基礎上，發(fā)展出了煉鋼+電渣+鍛制工藝，并擴展增加了一些尺寸規(guī)格，以便更好的服務于復雜的工況環(huán)境。該品種通過電渣重熔后，組織更加致密，夾雜物評級水平顯著提升，結合鍛制的大壓下量工藝，鋼材芯部缺陷易于焊合，產(chǎn)品低倍質量優(yōu)異，成品鋼材機械性能顯著提升。

本文圍繞本廠20Cr13鋼經(jīng)煉鋼連鑄電極坯冶煉+電渣重熔+鍛造工藝，成品探傷檢驗不合格，通過定性分析，找到宏觀缺陷是由原始連鑄電極坯中大顆粒夾渣在電渣重熔后未完全去除導致，從而說明電渣重熔去除夾雜/夾渣的能力有限。

1、20Cr13電渣鋼夾雜物要求

20Cr13電渣鋼鍛制成品的夾雜物、探傷要求，見表1。表1為20Cr13電渣鋼夾雜物要求、探傷要求。

表1 

2、20Cr13品種化學成分要求 

20Cr13 品種化學成分，見表2。

表2

3、20Cr13生產(chǎn)工藝流程 

20Cr13鍛制成品規(guī)格為Φ420mm 圓鋼，生產(chǎn)工藝流程為初煉爐（轉爐、電爐、合金熔煉爐）→AOD 精煉爐→LF 精煉爐→連鑄180 方坯（原始電極坯）→電渣重熔→鋼錠緩冷退火→鋼錠加熱鍛制→鋼材緩冷退火→檢驗修磨入庫。

4、20Cr13電渣重熔工藝、成品檢驗情況

4.1 20Cr13電渣重熔工藝

采用本廠恒熔速氣密性保護氣氛單項雙支臂電渣爐冶煉，重熔坯采用端面180方連鑄坯（原始電極坯）組合焊接成“田”字形坯，電渣結晶器采用Φ758mm錠型，熔速控制0.7～0.8D (D 是結晶器直徑/mm)，使用的電渣預熔渣配比：CaF2：Al2O3：CaO：MgO：SiO2=50%：25%：22%：2%：1%。

4.2  20Cr13電渣鋼成品探傷檢驗

鍛造1支Φ758mm 電渣錠至Φ420mm 圓鋼，成品探傷檢驗按照GB/T6402—2008 II 級，發(fā)現(xiàn)“距電渣錠頭部充填端3 700mm處有550mm長度不合，缺陷的傷波大于底波”。

4.3 20Cr13電渣鋼成品缺陷解剖、電鏡分析   

1）為了確定缺陷類別、工序責任，在4.2 條款描述的550 mm 長度缺陷范圍內，垂直于鋼材長度方向隨機切割1片25mm 厚低倍片，酸浸后發(fā)現(xiàn)低倍片橫向中心部位可見非金屬大顆粒夾渣、直徑1.3mm，見圖1 和圖2（圖2 對非金屬夾渣形貌放大）；

2）為了進一步鎖定非金屬夾渣來源，分別對該處缺陷、電渣重熔預熔渣、連鑄保護渣的多點進行掃描電鏡分析，首先發(fā)現(xiàn)缺陷非金屬夾渣處有C、O、F、Na、Mg、Al、Si、S、Ca、Fe元素，有Na元素，電鏡掃描成分見圖3所示；再發(fā)現(xiàn)電渣預熔渣可見C、O、F、Mg、Al、Si、Ca，無Na元素，電鏡掃描成分見圖4所示；最后發(fā)現(xiàn)連鑄保護渣可見C、O、F、Na、Mg、Al、Si、Ca、K、Fe，有Na元素，電鏡掃描成分見圖5所示。

5、20Cr13電渣鋼宏觀缺陷產(chǎn)生原因分析和措施

5.1 20Cr13電渣鋼宏觀缺陷產(chǎn)生原因

通過本文4.3條款中對比電鏡結果可知，本次成品非金屬夾渣缺陷的產(chǎn)生與原始連鑄電極坯，因澆鑄環(huán)節(jié)發(fā)生卷渣，出現(xiàn)大顆粒夾渣有密切關系，而電渣重熔過程無法保證大顆粒夾渣的充分去除，去除夾雜/夾渣能力有限，從而滯留在鋼中。    

為了進一步論證上述提出的觀點，通過查詢與電渣預熔渣以及連鑄保護渣相關文獻，結合與本廠合作的預熔渣、保護渣廠家進行交流，了解到電渣預熔渣在制作過程中未配入Na相關的物資，文獻中電渣預熔渣成分也未檢驗到Na元素；連鑄保護渣中配入了Na相關的物資，其作用是為了充當助溶劑，與保護渣中的高熔點Al2O3、SiO2機械混合，降低混合物熔點和粘度，保證保護渣的流動性、穩(wěn)定性，本廠20Cr13類品種所采用的連鑄保護渣中Na 相關物資配入占比小于10%。另外，電渣重熔預熔渣的高熔點組元有Al2O3、CaO、MgO、SiO2，屬于低熔點、促進夾雜物去除、調整渣液流動性、降低混合熔渣熔點的組元是CaF2，CaF2屬于高占比組元，預熔渣系配比中占比多大于50%；若是在預熔渣中配入Na相關物資進行調渣，一方面，會增加成本，另一方面，也容易在電渣重熔過程帶入Na元素，綜合考量電渣預熔渣不適于配入Na 元素。   

綜上述，再次驗證了本次非金屬大顆粒夾渣的產(chǎn)生與原始連鑄電極坯因澆鑄環(huán)節(jié)異常，出現(xiàn)卷渣帶入有關。

5.2 20Cr13電渣鋼宏觀缺陷改善措施

1）需要從源頭切斷原始連鑄電極坯卷渣風險，確保澆鑄過程浸入式水口插入結晶器深度適中，水口垂直對中于結晶器，避免渣面露紅，及時挑渣條等；

2）電渣重熔過程可以適當調整供電制度，也可以通過調整渣系組元，增加渣量等手段，降低熔化速度，促進形成淺平熔池，有利于夾雜/渣上浮；

3）當檢驗到電渣成品材中存在宏觀非金屬夾渣/雜時，為了挽救產(chǎn)品、降低損失，可以進行二次電渣重熔，從而降低因宏觀缺陷導致的產(chǎn)品報廢（二次電渣重熔方法在本廠有過生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，以微觀夾雜物為例，可以提高A/B/C/D 等各類夾雜物0.5～1.0級）。

6、結論

本文對20Cr13電渣鋼宏觀非金屬夾渣產(chǎn)生原因進行了定性的分析，本次缺陷與原始連鑄電極坯中攜帶大顆粒夾渣有關，在電渣重熔過程沒有得到充分去除，滯留在成品鋼材中；通過對原始缺陷、保護渣、預熔渣電鏡比對分析等方式，進一步驗證了缺陷產(chǎn)生于原始連鑄電極坯。改進措施是降低原始連鑄電極坯卷渣風險、降低電渣熔化速度、二次電渣重熔。