CN101545066A - 抗h2s腐蚀石油套管钢110s的冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为抗H2S腐蚀石油套管钢110S的冶炼方法，解决已有冶炼方法对原料要求高，特别是原料的P、S要求低，钢质纯净等问题。包括如下步骤：(1)抗H2S腐蚀石油套管钢钢级为110S，钢号为27CrMoNbV；(2)以铁水和废钢为原料，铁水中P≤0.120％、S≤0.050％、原料的配比为：铁水30－40％、废钢60－70％重量份；(3)在电弧炉中溶化，出钢前流渣加石灰，喷碳粉1.0－2.0Kg/T，出钢过程中加入脱氧剂和铁合金，CaBaAlSi加入量为4.0－4.5kg/T、Al块加入量为1.0－1.5kg/T；(4)LF炉精炼：加入合成渣，分批加入CaC2、Ca－Si粉和Al粉进行扩散脱氧，直到渣白，升温加入合金，(5)真空处理：在真空度≤67Pa保持到炉渣无明显发泡，保持2分钟以上，破真空后对钢水静吹氩气，静吹时间≥8分钟；(5)浇注。
Description
技术领域：
本发明涉及钢铁行业的无缝石油套管钢冶炼工艺，特别涉及110S级抗H2S腐蚀无缝石油套管钢的冶炼方法。
背景技术：
随着石油天然气资源的不断开采，一些严酷腐蚀环境和其他苛刻条件下的油气田相继投入开发，使得对特殊用途油井管的需求急剧增加。尤其是酸性油气田不断增加，H2S不仅导致金属材料突发性的硫化物应力开裂，而且其毒性也威胁着人生安全。随着H2S含量越来越高的油气资源的开采，对抗H2S腐蚀无缝石油套管要求的钢级亦越来越高，如110S钢级，对石油套管的抗腐蚀性能提出了更高的要求。
抗H2S腐蚀油井管是高技术含量的产品，其生产技术在世界范围内被视为顶尖技术而严格保密，只被少数先进的大型钢管企业如日本的住友金属、NKK、美国的美钢联等垄断。目前国内外主要油井管生产企业都在开发具有自主知识产权的非API抗SSCC钢级的油井管。如住友公司的SM80S(S)～110S(S)，V&M公司的VM80S(S)～110(S)，宝钢的BG80S～110S(S)，天津钢管公司的TP80(S)～110S(S)等。国外文献报道中，SUMITOMO METAL IND、NIPPON KOKAN KK、NIPPON STEELCORP、KAWASAKI STEEL CO、IPSCO INC等公司报道了一些抗H2S腐蚀油井管的生产技术，大都为具有自主知识产权的专利技术，内容主要涉及钢的成分设计和工艺措施，而对具体的冶炼操作鲜有报道。
油井管管坯用110S钢级，主要用于抗H2S腐蚀的油气田。其突出特点是强度高、抗H2S腐蚀和综合性能优良，因此要求管坯钢有害元素P、S低(P≤0.01％，S≤0.005％)和钢质纯净(夹杂物总量≤0.005％；夹杂物高倍A、B、C、D、Ds分别不大于0.5级)。
目前，油井管管坯用110S的冶炼方法：电弧炉冶炼(转炉吹炼)+炉外精炼+真空脱气后+连铸成圆坯，无论是电弧炉冶炼或是转炉吹炼对原材料(废钢或铁水)要求很高，要求低P、S废钢和铁水，否则有害元素P、S虽可降至很低，但钢质纯净度难以保证，最终不能满足抗H2S腐蚀性能造成报废。因此，作为原料的低磷、低硫的铁水和废钢有局限性，难以满足需要，如果原料P、S高，造成电弧炉低碳或超低碳，则钢水含氧较多，在脱氧操作中需加入大量脱氧剂脱氧，使钢水中夹杂物含量高，浇注后的石油套管钢纯净度达不到要求。
发明内容：
本发明的目的是提供一种原料易得，产品质量可靠的抗H2S腐蚀石油套管钢110S的冶炼方法，
本发明是这样实现的：
本发明抗H2S腐蚀石油套管钢110S的冶炼方法，抗H2S腐蚀石油套管钢钢级为110S，钢号为27CrMoNbV，包括如下步骤：
(1)以铁水和废钢为原料，铁水中P≤0.120％、S≤0.050％、As≤0.03％、Sn≤0.01％、废钢为管头、坯头、坯尾，原料的配比为：铁水30—40％、废钢60—70％重量份；
(2)在电弧炉中溶化废钢和铁水，出钢前流渣、喷碳粉和补加石灰，出钢过程中加入CaBalASi、Al脱氧剂和铁合金，CaBaAlSi加入量：1.5～2.5kg/t，Al块加入量：2.5～3.0kg/t，MnFe加入量：3.0～3.5kg/t。，T为1吨钢水；
(3)电弧炉出钢条件：P≤0.005％、C：0.08～0.15％；出钢温度：1600～1630℃；
(4)LF炉精炼：保持底吹氩气，LF炉加入合成渣，同时分批加入CaC2、Ca—Si粉和Al粉进行扩散脱氧，直到渣白，升温加入合金，调整至合金标准成分，温度达到1600—1630℃；
(5)真空处理：在真空度≤67Pa下保持到炉渣无明显发泡，保持2分钟以上，破真空后对钢水静吹氩气，静吹时间≥10分钟；
(6)浇注：浇注温度为1570—1590℃；
步骤(2)中，炉料全熔后，吹氧烧碳，脱磷，吹氧量为35—40m3/T，出钢前流渣量为85—95％，出钢前加石灰10—30kg/T，出钢前喷碳粉1.0—2.0Kg/T；
步骤(4)中合成渣加入量为10—15kg/T，白渣保持时间≥20分钟，保持温度：1635—1655℃，步骤(5)中真空度≤66.7Pa，抽真空时间≥15分钟。
本发明原料易得，成本较低，既可稳定控制有害元素P、S在很低的水平，P≤0.010％，S≤0.005％，气体含量[0]≤0.0015％，[N]≤0.0050％，[H]≤0.0002％，同时保证钢质纯净度，高倍评级A、B、C、D、Ds均为≤0.10级，夹杂物总量≤0.0050％，所生产钢具有强度高和优良的抗H2S腐蚀性能，可广泛地应用于高酸性油气田。
具本实施方式：
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种抗H2S腐蚀石油套管钢110S的冶炼方法，包括以下步骤：①原料由30～40％的中磷铁水和60～70％的废钢组成；②通过偏心底出钢电弧炉熔化废钢和铁水；③电弧炉出钢前流渣补加石灰、喷碳粉；④出钢合金化和预脱氧操作：出钢过程中加入CaBaAlSi和Al块作脱氧剂，再加入MnFe；⑤钢包精炼：加入合成渣，同时分批加入CaC2、Ca-Si粉和Al粉进行扩散脱氧，直至渣白，升温加入合金，调整至标准成分，直至温度达到吊包温度；⑥VD真空处理。⑦破真空后，调整底吹氩气流量，静吹，同时保证开浇温度。⑧浇注。
其具体操作步骤如下：
第一步电炉冶炼操作：原料由30～40％的中磷铁水和60～70％的废钢组成，采用一定的电压和电流熔化废钢，并吹氧助熔，炉料全熔清后，提高供氧强度，吹氧脱C、P，当氧耗达到2800～3500m3时，测温取样；温度和P符合出钢要求，摇炉流渣(流渣量为总渣量的90～95％)，补加石灰(加入量：15～20Kg/t)和喷碳粉(喷吹量：1.5～2.0Kg/t)。出钢温度：1600-1630℃，出钢C、P：C≥0.08％、P≤0.005％。
第二步电炉出钢操作：达到出钢条件后出钢合金化和预脱氧操作，出钢1/3时加入CaBaAlSi、Al脱氧剂及锰铁合金，脱氧剂加入量：CaBaAlSi加入量2.0～2.5kg/t，Al块加入量1.5～2.0kg/t。MnFe加入量3.5kg/t。
第三步LF炉精炼操作：钢包就位LF后，保持底吹氩气畅通，并加入合成渣(用量：800～1000Kg)；同时分批加入CaC2、Ca-Si粉和Al粉进行扩散脱氧，直至渣白，升温加入合金，调整至标准成分；LF炉精炼结束后炉外喂Ca-Si丝(喂入量：1.0kg/t)，吊包温度：1635～1655℃。
第四步VD真空处理操作：在真空度≤67Pa下保持15分钟，且炉渣无明显发泡并保持2min以上；破真空后根据测温结果，对钢水进行静吹处理，静吹时间：8～10min；吊包温度：1570～1590℃。
第五步浇注操作：连铸浇注过程必须进行保护浇注，大包浇注过程采用：氩气保护+加密封垫；中间包温度：按1520～1545℃；中间包液面控制：过程浇注液面≥700mm，连浇液面≥400mm；铸坯采用缓冷(坑冷)，铸坯出坑温度≤100℃；
原料由30～40％的中磷铁水和60～70％的废钢(任意种类废钢)组成。
终点控制和出钢温度见下表：
| 钢号 | C(％) | P(％) | T(℃) |
| 110S | ≥0.08 | ≤0.005 | 1600-1630 |
LF炉精炼操作
①保持底吹Ar畅通，控制吹Ar强度，避免钢液翻腾吸气；
②合成渣用量：800～1000Kg，以保证埋弧操作；
③加强脱氧操作，分批加入CaC2、Ca-Si粉和Al粉进行扩散脱氧，快速造泡沫化白渣，白渣保持时间≥20min，且每隔5分钟检查炉渣，以保持白渣出钢；
④根据钢水初样化学成分，渣白后调整化学成分；
⑤LF炉精炼结束后炉外喂Ca-Si丝，Ca-Si丝喂入量：1.0kg/t，严格控制吹氩气强度，保持钢液蠕动且钢液不得裸露；
⑥出钢温度：
浇铸∮220mm及以下规格：第一炉按1640～1655℃控制；
浇铸∮280mm及以上规格：第一炉按1635～1650℃控制；
VD处理
①在真空度≤67Pa下保持15分钟，且炉渣无明显发泡并保持2min以上；
②破真空后根据测温结果，对钢水进行静吹处理，静吹时间：8～10min，静吹要求：钢液不得裸露，钢液面微动；
③出罐温度：
浇铸∮220mm及以下规格：1575～1590℃；
浇铸∮280mm及以上规格：1570～1585℃；
连铸操作
①连铸浇注过程必须进行保护浇注，大包浇注过程采用：氩气保护+加密封垫；
②中间包温度：按1520～1545℃；
③中间包液面控制：过程浇注液面≥700mm，连浇液面≥400mm；
④铸坯采用缓冷(坑冷)，铸坯出坑温度≤100℃；
冶炼成分如下表：
| 炉号 | P(％) | S(％) |
| 0980433 | 0.007 | 0.003 |
| 0980434 | 0.006 | 0.003 |
| 0980436 | 0.006 | 0.002 |
| 0980437 | 0.007 | 0.003 |
| 0980438 | 0.006 | 0.002 |
| 0980439 | 0.007 | 0.003 |
夹杂物高倍检验
夹杂物高倍检验结果如下表：
本发明适用标准及化学成分
标准：API5CT
牌号：27CrMoNbV
化学成分(％)：
本发明化学成分(％)：
Claims (3)
1、抗H2S腐蚀石油套管钢110S的冶炼方法，(1)抗H2S腐蚀石油套管钢钢级为110S，钢号为27CrMoNbV其特征在于包括如下步骤：
(1)以铁水和废钢为原料，铁水中P≤0.120％、S≤0.050％、As≤0.03％、Sn≤0.01％、废钢为110S的管头、坯头、坯尾或/和任意废钢，原料的配比为：铁水30—40％、废钢60—70％重量份；
(2)在电弧炉中溶化废钢和铁水，出钢前流渣、喷碳粉和补加石灰，出钢过程中加入CaBalASi、Al脱氧剂和锰铁合金，CaBaAlSi加入量：1.5～2.5kg/t，Al块加入量：2.5～3.0kg/t，MnFe加入量：3.0～3.5kg/t。，T为1吨钢水；
(3)电弧炉出钢条件：P≤0.005％、C：0.08～0.15％；出钢温度：1600～1630℃；
(4)LF炉精炼：保持底吹氩气，LF炉加入合成渣，同时分批加入CaC2、Ca—Si粉和Al粉进行扩散脱氧，直到渣白，升温加入合金，调整至合金标准成分，温度达到1600—1630℃，
(5)真空处理：在真空度≤67Pa下保持到炉渣无明显发泡，保持2分钟以上，破真空后对钢水静吹氩气，静吹时间≥10分钟，
(6)浇注：浇注温度为1570—1590℃。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤(2)中，炉料全熔后，吹氧烧碳，脱磷，吹氧量为35—40m3/T，出钢前流渣量为85—95％，出钢前加石灰10—30kg/T，出钢前喷碳粉1.0—2.0Kg/T。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)中合成渣加入量为10—15kg/T，白渣保持时间≥20分钟，保持温度：1635—1655℃，步骤(5)中真空度≤66.7Pa，抽真空时间≥15分钟。
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Effective date of registration: 20101018 Address after: 610303, solidarity Road, Qingbaijiang District, Sichuan, Chengdu Applicant after: Pangang Group Steel Vanadium & Titanium Co., Ltd. Co-applicant after: Pangang Group Chengdu Steel & Vanadium Co., Ltd. Address before: 610303, solidarity Road, Qingbaijiang District, Sichuan, Chengdu Applicant before: Pangang Group Chengdu Iron & Steel Co., Ltd |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101208 Termination date: 20160512 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |