CN101333579B - 核电用管坯钢的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种核电用WB36CN1管坯钢的生产方法，具体为转炉冶炼、LF精炼炉精炼、圆坯连铸机浇铸、铸坯表面检查、铸坯表面喷砂、电渣重熔钢锭、钢锭缓冷，制得的管坯钢的化学成分按重量百分比计：0.08％≤C≤0.19％，0.21％≤Si≤0.54％，0.75％≤Mn≤1.25％，0＜P≤0.020％，0＜S≤0.006％，0.14％≤Cr≤0.35％，0.95％≤Ni≤1.35％，0.45％≤Cu≤0.85％，0.20％≤Mo≤0.45％，0.010％≤Nb≤0.030％，0＜N≤0.021％，0＜Al≤0.055％，Fe为余量，管坯钢成品纯净度高、性能稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种管坯钢的生产方法，特别涉及核电用WB36CN1管坯钢的生产方法。
背景技术
目前，我国电力工业正处于高速发展时期，按照国家能源可持续发展的要求，原子能发电因其高效、经济、清洁的优点将是今后能源发展的重点方向之一，核电站建设呈增长趋势。而我国核电站用的核电材料基本依靠进口，因此核电材料的国产化要求日益迫切，如果我国的核电材料不能实现国产化，核电站建设将永远受制于发达国家，将会严重制约我国核电工业的发展。尽快开发出适合核电站建设要求的国产钢材，已成为我国核电工业发展的重要战略步骤。
WB36(15NiCuMoNb5-6-4)是一种加入微量合金元素Nb的Ni-Cu-Mo的低碳合金钢，加入的合金元素不仅起到钢的固溶强化作用，而且能与碳化合成稳定的碳化物起到沉淀和强化作用，特别是加入0.5～0.8％含量的Cu和大于1.5倍Cu的Ni后，不仅起到强化作用，而且防止了Cu对钢的热裂敏感性，合金元素的加入使该材料的室温和中温强度远高于碳钢和碳锰钢。该材料已作为锅炉水冷系统如锅筒、集箱及管道的首选钢种，在欧洲锅炉及压力容器制造业市场中占有相当比例。
WB36钢在世界核电领域已有使用业绩，曾在德国1300MW核电站作为主蒸汽和主给水管道使用。中国核电领域材料一直依靠进口。岭澳二期常规岛高压管道首次使用国产WB36CN1钢管，国内武汉重工铸锻有限责任公司生产核电管WB36CN1钢的生产工艺为电炉→LF精炼→VD真空→模铸钢锭工艺生产核电管WB36CN1管坯。选用的原材料为优质废钢、锻件料头、生铁，其比例5∶3∶2，但是原材料废钢中的有害元素如As、Sn、Pb、Sb含量较高，在冶炼过程中难于去除。浇模铸钢锭钢水容易被中柱管和汤道砖的耐火材料污染，形成大型非金属夹杂，而且钢锭的冷却是靠空气自然冷却，钢液的凝固是从钢锭外部向内部逐渐进行，根据钢液选分结晶原理，低熔点的夹杂物最后凝固，从而使钢中的非金属夹杂物大量聚集在钢锭的中上部，大大降低了钢质的纯净度。
综上所述，核电材料对钢质纯净度和性能稳定性要求很高，目前国内材料达不到这样的标准因此不能广泛应用于核电领域。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种核电用WB36CN1管坯钢的生产方法，包括下列步骤：
a、转炉冶炼生产初炼钢水
转炉入炉原料为铁水和优质废钢，优质废钢为铁水重量0～20％，冶炼时氧枪供氧流量为14600～16500Nm3/h，氧气压力为0.70～1.2MPa；出钢过程加入复合脱氧剂CaBaAlSi 3.0～3.5Kg/t预脱氧；出钢温度1620～1680℃。
b、LF精炼炉精炼
初炼钢水到精炼炉后，钢包底吹氩气，用专用精炼渣造发泡白渣，专用精炼渣成分CaO：60～68％，Al2O3：15～20％，CaF2：10～15％，SiO2：0～5.0％，MgO：0～3.0％，S：0～0.10％，出钢温度1580～1600℃。
c、弧形圆坯连铸
精炼的钢水送到圆坯连铸机浇铸，连铸规格φ200mm～φ350mm；连铸二次冷却水的分布为一段占16～42％，二段占45～69％，三段占0～23％，比水量0.32～0.63L/Kg，防止铸坯产生内部裂纹；钢水过热度控制在10～30℃，恒拉速浇铸得到圆连铸坯；不同规格圆坯连铸机拉速优选为φ200mm：1.5～2.0m/min，φ280mm：0.7～1.2m/min，φ310mm：0.6～0.9m/min，φ350mm：0.40～0.70m/min。
d、连铸坯表面喷砂：铸坯表面喷砂去除其表面的氧化铁。
e、电渣重熔钢锭
喷过砂的连铸坯作自耗电极坯料进行电渣重熔，电渣重熔的钢锭锭型为φ350mm～φ600mm，电渣重熔使用的二元渣含Al2O3 30％、CaF2 70％；重熔电流9200～16000A、电压67～84V。
f、重熔钢锭缓冷
电渣重熔钢锭带模冷却40～90min，钢锭脱模后吊入砂坑缓慢冷却68～100小时。
进一步的，步骤a转炉入炉原料铁水化学成分为C：3.90～4.5％、Si：0～0.35％、P：0～0.09％、S：0～0.04％、Fe为余量；优质废钢化学成分C：0.10～0.45％、Si：0.10～0.50％、P：0.005～0.030％、S：0.005～0.030％、Fe为余量。转炉终点钢水化学成分为C：0.05～0.10％，P：0～0.006％，S：0～0.030％、Fe为余量。
步骤a转炉吹炼过程中采用本领域常用脱磷工艺即可；优选为终点一次命中保碳脱磷、高拉补吹保碳脱磷或高保碳深脱磷工艺。
步骤a转炉出钢过程采用挡渣出钢，控制下渣量0～50mm，防止精炼回磷。
步骤b精炼过程加入硅铁、锰铁、铬铁、镍板、钼铁、铌铁和铜板等进行合金化，根据生产所需的最终产品各微量元素含量调整钢水化学成分；精炼结束后喂CaSi线0.40～0.60Kg/t钢，保证5～8分钟的静吹氩气时间。
步骤c连铸钢包、中间包和结晶器全程加保护套管，钢包与保护套管连接处采用氩气保护；中间包设置挡渣墙并使用MgCa质中间包涂料。
采用上述方法制得的核电用WB36CN1管坯钢钢质纯净度高，管坯钢的化学成分(重量百分比)为：0.08％≤C≤0.19％，0.21％≤Si≤0.54％，0.75％≤Mn≤1.25％，0＜P≤0.020％，0＜S≤0.006％，0.14％≤Cr≤0.35％，0.95％≤Ni≤1.35％，0.45％≤Cu≤0.85％，0.20％≤Mo≤0.45％，0.010％≤Nb≤0.030％，0＜N≤0.021％，0＜Al≤0.055％，Fe为余量。
由于核电用管坯钢对钢质纯净度要求严格，因此精炼炉需控制好钢水脱氧、脱硫、合金化和造渣过程：初炼钢水快速强化脱氧，采用专用精炼渣快速造白渣，白渣保持时间大于20分钟，快速造白渣确保合金元素不被氧化和精炼白渣对钢水夹杂物的吸附，提高钢水纯净度；吹氩过程避免钢液大翻，有效脱出钢中气体和夹杂物；精炼结束后喂CaSi线0.40～0.60Kg/t钢，对夹杂物进行变形处理，改善钢水流动性；精炼结束后，保证5～8分钟的静吹氩气时间，使钢中化学成分和温度均匀，夹杂物得到进一步去除。
弧形圆坯连铸需合理控制铸机二次冷却水分布及二次冷却水比水量，保证二次冷却均匀；连铸钢包到中间包、中间包到结晶器采用全程加保护套管保护浇铸，同时钢包与保护套管连接处采用氩气保护，防止钢水二次氧化，保证钢质纯净度；中间包设置挡渣墙，以促进夹杂物的上浮去除；使用MgCa质中间包涂料，减轻中间包耐火材料浸蚀带来的钢液夹杂物含量增加。
本发明的有益效果是：
1、转炉冶炼与电炉冶炼相比残余元素含量低，残余元素As、Sn、Pb、Sb元素含量总和≤400ppm，钢质纯净度高，减轻了残余元素带来的危害，提高核电用钢的性能。
2、合理控制铸机二次冷却水分布及二次冷却水比水量，保证二次冷却的均匀，防止铸坯产生内部裂纹和表面裂纹。
3、连铸过程钢包到中间包、中间包到结晶器采用全程加保护套管保护浇铸，钢包与保护套管连接处采用氩气保护，防止钢水二次氧化，采用MgCa中间包涂料减轻中间包耐火材料浸蚀带来的钢液夹杂物含量增加，保证钢水的纯净度。
4、中间包设置的挡渣墙，使夹杂物易上浮去除。
5、电渣重熔时钢水液滴穿过渣层进入熔池的渣洗过程，进一步去除钢水中的夹杂物，提高钢质纯净度；利用电渣重熔边熔化边凝固的特点，改变管坯钢的凝固组织，提高管坯钢的致密度，使钢管性能稳定。
具体实施方式
本发明的生产工艺流程为：转炉→LF精炼炉→圆坯连铸机→冷床→检验→喷砂→电渣重熔钢锭→钢锭缓冷。
以下结合实施例对本发明作进一步的阐述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。
实施例1
一、转炉冶炼初炼钢水
转炉入炉铁水78吨、优质废钢9吨，铁水主要化学成分C：3.90％、Si：0.35％、P：0.077％、S：0.045％、Fe为余量，优质废钢主要化学成分C：0.20％、Si：0.25％、P：0.020％、S：0.018％、Fe为余量。转炉冶炼过程中采用低氧压大流量氧枪供氧，氧气压力0.75MPa、氧气流量15000Nm3/h、供氧强度3.3Nm3/t.min。
转炉采用一次命中吹炼方法(为本领域公知技术，或参见中国专利：200610020327.0)；转炉出钢采用挡渣出钢，控制下渣厚度40mm。同时，在出钢过程加入复合脱氧剂CaBaAlSi3.5Kg/t钢进行预脱氧。吹炼终点钢水成分C：0.06％，P：0.004％，S：0.024％，终点温度1645℃。
二、LF精炼炉精炼
转炉冶炼的初炼钢水在LF精炼炉进行精炼，使用的精炼渣成分为CaO：65.6％，Al2O3：18.2％，CaF2：13.1％，SiO2：1.92％，MgO：1.13％，S：0.05％。精炼时间24分钟；精炼过程加入低碳铬铁240Kg、镍板890Kg、钼铁400Kg、铌铁20Kg、铜板480Kg进行合金化，调整合金元素成分；精炼结束后喂CaSi线0.48Kg/t钢，对钢水中夹杂物进行变性处理；精炼炉出钢温度1585℃；精炼结束后停电静吹氩气5分钟，吹完氩气出钢，吊到连铸工序进行圆坯浇铸。
三、弧形圆坯连铸
连铸浇铸规格φ350mm，连铸机二次冷却水的分布为一段占31.88％，二段占68.12％，比水量0.35L/Kg；连铸钢包到中间包、中间包到结晶器采用全程加保护套管保护浇铸，同时钢包与保护套管连接处采用氩气保护；中间包设置挡渣墙；中间包涂料为Mg-Ca质，钢水过热度25℃，拉速0.52m/min。
铸坯切割后，在翻转冷床上冷却，铸坯冷却后送到喷砂站。
四、喷砂
连铸坯表面进行喷砂处理，去掉铸坯表面氧化铁皮，喷砂后的铸坯送电渣炉进行电渣重熔。
五、电渣重熔钢锭
采用φ350mm的连铸坯作自耗电极重熔φ600mm、5.5吨的圆钢锭，重熔电流16000A、电压84V；使用二元渣，渣料用量为Al2O3 46.5Kg、CaF2 108.5Kg。
六、钢锭缓冷
电渣重熔钢锭带模冷却90min，钢锭脱模后吊入砂坑缓慢冷却85小时即得产品。
制得的WB36CN1管坯钢成品含C：0.16％，Si：0.39％，Mn：1.07％，P：0.011％，S：0.003％，Cr：0.25％，Ni：1.05％，Cu：0.60％，Mo：0.31％，Nb：0.021％，N：0.009％，Al：0.022％，Fe为余量。钢质纯净度高，组织致密，表面质量好，性能稳定，满足核电管材料的质量要求。
实施例2
一、转炉冶炼生产初炼钢水
转炉入炉铁水重量80吨、优质废钢7吨，铁水成分C：4.2％、Si：0.45％、P：0.082％、S：0.032％、Fe为余量，优质废钢成分C：0.18％、Si：0.20％、P：0.015％、S：0.021％，Fe为余量。转炉冶炼过程中采用低氧压大流量氧枪供氧，氧气压力0.80MPa、氧气流量16200Nm3/h、供氧强度3.5Nm3/t.min。
转炉采用高拉补吹保碳脱磷吹炼方法(为本领域公知技术，或参见中国专利：200610020327.0)；转炉出钢采用挡渣出钢，控制下渣厚度48mm。同时在出钢过程加入复合脱氧剂CaBaAlSi 3.2Kg/t钢进行预脱氧。吹炼终点成分：C：0.07％，P：0.005％，S：0.021％，终点温度1630℃。
二、LF精炼炉精炼
转炉冶炼的初炼钢水在LF精炼炉进行精炼，精炼使用专用精炼渣，成分为CaO：66.8％，Al2O3：15.9％，CaF2：11.4％，SiO2：3.13％，MgO：2.74％，S：0.03％，白渣精炼时间28分钟；精炼过程加入高碳铬铁40Kg、低碳铬铁260Kg、镍板900Kg、钼铁396Kg、铜板475Kg进行合金化，调整合金元素成分；精炼结束后喂CaSi线0.55Kg/t钢，对钢水中夹杂物进行变性处理；精炼炉出钢温度1590℃；精炼结束后停电静吹氩气5分钟，吹完氩气出钢，吊到连铸工序进行圆坯浇铸。
三、弧形圆坯连铸
连铸浇铸规格φ280mm，连铸机二次冷却水的分布为一段占16.7％，二段占60.80％，三段占22.5％比水量0.55L/Kg；连铸钢包到中间包、中间包到结晶器采用全程加保护套管保护浇铸，同时钢包与保护套管连接处采用氩气保护；钢水过热度28℃，拉速0.75m/min，中间包设置挡渣墙，中间包涂料为Mg-Ca质。
铸坯切割后，在翻转冷床上冷却，铸坯冷却后送到喷砂站。
四、喷砂
连铸坯表面进行喷砂处理，去掉铸坯表面氧化铁皮，喷砂后的铸坯送电渣炉进行电渣重熔。
五、电渣重熔钢锭
采用φ280mm的连铸坯作自耗电极重熔φ500mm、3.2吨的圆钢锭，重熔电流13500A、电压80V；使用二元渣，渣料用量：Al2O3 30Kg、CaF2 70Kg。
六、钢锭缓冷
电渣重熔钢锭带模冷却70min，钢锭脱模后吊入砂坑缓慢冷却75小时即得产品。
制得的WB36CN1管坯钢成品C：0.13％，Si：0.27％，Mn：0.99％，P：0.009％，S：0.002％，Cr：0.19％，Ni：1.28％，Cu：0.64％，Mo：0.29％，Nb：0.018％，N：0.011％，Al：0.032％，Fe为余量。钢质纯净度高，组织致密，表面质量好，性能稳定，满足核电管材料的质量要求。
实施例3
一、转炉冶炼生产初炼钢水
转炉入炉铁水77吨、优质废钢8吨，铁水成分：C：4.3％、Si：0.38％、P：0.078％、S：0.038％、Fe为余量，优质废钢成分C：0.24％、Si：0.31％、P：0.012％、S：0.008％、Fe为余量。转炉冶炼过程中采用低压大流量氧枪供氧，氧气压力0.90MPa、氧气流量16500Nm3/h、供氧强度3.4Nm3/t.min。
转炉采用高保碳深脱磷吹炼方法(为本领域公知技术，或参见中国专利：200610020327.0)；转炉出钢采用挡渣出钢，控制下渣厚度35mm。同时在出钢过程加入复合脱氧剂CaBaAlSi 3.0Kg/t钢进行预脱氧。吹炼终点成分C：0.08％，P：0.006％，S：0.018％，终点温度1660℃。
二、LF精炼炉精炼
转炉冶炼的初炼钢水在LF精炼炉进行精炼，精炼使用专用精炼渣，成分为CaO：64.2％，Al2O3：18.0％，CaF2：13.7％，SiO2：4.23％，MgO：2.79％，S：0.08％。白渣精炼时间20分钟；精炼过程加入低碳铬铁238Kg、镍板950Kg、钼铁350Kg、铜板450Kg进行合金化，调整合金成分；精炼结束后喂CaSi线0.6Kg/t钢，对钢水中夹杂物进行变性处理；精炼炉出钢温度1590℃；精炼结束后停电静吹氩气5分钟，吹完氩气出钢，吊到连铸工序进行圆坯浇铸。
三、弧形圆坯连铸
连铸浇铸规格φ200mm，铸机二次冷却水的分布为一段占42.2％，二段占45.1％，三段占12.7％比水量0.63L/Kg；连铸钢包到中间包、中间包到结晶器采用全程加保护套管保护浇铸，同时钢包与保护套管连接处采用氩气保护；钢水过热度22℃，拉速1.70m/min，中间包设置挡渣墙，中间包涂料为Mg-Ca质。
铸坯切割后，在翻转冷床上冷却，铸坯冷却后送到喷砂站。
四、喷砂
连铸坯表面进行喷砂处理，去掉铸坯表面氧化铁皮，喷砂后的铸坯送电渣炉进行电渣重熔。
五、电渣重熔钢锭
采用φ200mm的连铸坯作自耗电极重熔φ350mm、1.87吨的圆钢锭，重熔电流9800A、电压69V；使用二元渣，渣料用量：Al2O3 12Kg、CaF2 28Kg。
六、钢锭缓冷
电渣重熔钢锭带模冷却40min，钢锭脱模后吊入砂坑缓慢冷却72小时即得产品。
制得的WB36CN1管坯钢成品C：0.15％，Si：0.30％，Mn：0.92％，P：0.014％，S：0.004％，Cr：0.20％，Ni：1.08％，Cu：0.56％，Mo：0.25％，Nb：0.023％，N：0.008％，Al：0.016％，Fe为余量。钢质纯净度高，组织致密，表面质量好，性能稳定，满足核电管材料的质量要求。
Claims (1)
1.核电用管坯钢的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、转炉冶炼生产初炼钢水
转炉入炉原料为铁水和优质废钢，优质废钢重量为大于0且小于等于20％的铁水重量，铁水化学成分为C：3.90～4.5％、Si：0～0.35％、P：0～0.09％、S：0～0.04％、Fe为余量；优质废钢化学成分C：0.10～0.45％、Si：0.10～0.50％、P：0.005～0.030％、S：0.005～0.030％、Fe为余量；冶炼时氧枪供氧流量为14600～16500Nm3/h，氧气压力为0.70～1.2MPa；出钢过程加复合脱氧剂CaBaAlSi3.0～3.5kg/t；出钢温度1620～1680℃；转炉出钢过程采用挡渣出钢，控制下渣量0～50mm；转炉终点钢水化学成分为C：0.05～0.10％，P：0～0.006％，S：0～0.030％、Fe为余量；
b、LF精炼炉精炼
初炼钢水到精炼炉后，钢包底吹氩气，用专用精炼渣造发泡白渣，白渣保持时间大于20分钟；专用精炼渣成分CaO：60～68％，Al2O3：15～20％，CaF2：10～15％，SiO2：0～5.0％，MgO：0～3.0％，S：0～0.10％，精炼结束后喂CaSi线0.40～0.60kg/t钢，静吹氩气5～8分钟，出钢温度1580～1600℃；精炼过程加入硅铁、锰铁、铬铁、镍板、钼铁、铌铁和铜板进行合金化；
c、弧形圆坯连铸
精炼的钢水送到圆坯连铸机浇铸，连铸规格φ200mm～φ350mm；连铸二次冷却水的分布为一段占16～42％，二段占45～69％，三段占0～23％，比水量0.32～0.63L/kg，钢水过热度控制在10～30℃，恒拉速浇铸得到圆连铸坯；不同规格圆坯连铸机拉速为φ200mm：1.5～2.0m/min，φ280mm：0.7～1.2m/min，φ310mm：0.6～0.9m/min，φ350mm：0.40～0.70m/min；连铸钢包到中间包、中间包到结晶器采用全程加保护套管保护浇铸，同时钢包与保护套管连接处采用氩气保护，中间包设置挡渣墙并使用MgCa质中间包涂料；
d、连铸坯表面喷砂：铸坯表面喷砂去除其表面的氧化铁；
e、电渣重熔钢锭
喷过砂的连铸坯作自耗电极坯料进行电渣重熔，电渣重熔的钢锭锭型为φ350mm～φ600mm，使用的二元渣以重量百分比计含Al2O3 30％、CaF2 70％；重熔电流9200～16000A、电压67～84V；
f、钢锭缓冷
电渣重熔钢锭带模冷却40～90min，脱模后吊入砂坑缓慢冷却68～100小时；得到的管坯钢化学成分按重量百分比计为：0.08％≤C≤0.19％，0.21％≤Si≤0.54％，0.75％≤Mn≤1.25％，0＜P≤0.020％，0＜S≤0.006％，0.14％≤Cr≤0.35％，0.95％≤Ni≤1.35％，0.45％≤Cu≤0.85％，0.20％≤Mo≤0.45％，0.010％≤Nb≤0.030％，0＜N≤0.021％，0＜Al≤0.055％，Fe为余量。
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