CN101591719A

CN101591719A - 一种大线能量焊接管线用钢的冶炼方法

Info

Publication number: CN101591719A
Application number: CNA2009100631597A
Authority: CN
Inventors: 薛正良; 齐江华; 赵栋楠
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2009-12-02

Abstract

本发明涉及一种大线能量焊接管线用钢的冶炼方法。所采用的技术方案是：转炉出钢过程中用铝深脱氧，LF炉造白渣深脱硫，在精炼或连铸阶段直接向钢液中喷吹尺寸为10nm～200nm的MgO和CaO中的一种或两种，钢水浇铸后即得大线能量焊接管线用钢的钢坯。在上述冶炼工艺中，纳米级MgO和CaO粉的喷吹量为0.05kg/t～1kg/t。该管线钢采用大线能量焊接时，焊接热影响区的奥氏体晶粒因受到纳米级MgO、CaO颗粒钉扎晶界，阻止奥氏体晶粒在高温下长大，从而起到细化焊接热影响区组织的效果，达到提高焊接热影响区强度和韧性的目的。与传统的管线钢冶炼工艺相比，本发明具有工艺简单、成本低廉、生产上易于操作和控制的特点。

Description

一种大线能量焊接管线用钢的冶炼方法

技术领域

本发明涉及一种管线钢生产技术领域。具体涉及一种大线能量焊接管线用钢的冶炼方法。

背景技术

由于钢在焊接时焊缝金属要发生局部重熔，焊后冷却过程中熔合线附近晶粒将粗化形成粗晶热影响区(CGHAZ)，粗晶组织导致局部强度和韧性降低(田志凌.TMCP钢局部脆性区断裂韧性的研究[J].钢铁研究学报，1998，10(4)：50～53)。因此，焊接热影响区(HAZ)成为钢铁构件的脆弱区域。近年来，随着高级别管线钢采用大幅度提高焊接效率的单面埋弧焊、气电焊或电渣焊等大线能量焊接技术进行焊接，焊接线能量输入从原来较低的手弧焊(≤25kJ/cm)、自动焊(≤35kJ/cm)提高到50kJ/cm～150kJ/cm，甚至更高。HAZ峰值温度将达到或超过1400℃，使CGHAZ晶粒粗化倾向更加明显。

为了改善X100以上高级别管线钢焊接热影响区韧性，在冶炼过程中采用Ti₂O₃氧化物冶金技术，即在冶炼过程中精确控制钢液脱氧元素组成，以便在钢液凝固过程中析出尺寸在0.2μm～2μm的小颗粒氧化物夹杂。这些氧化物夹杂本身并不能阻止焊接热影响区奥氏体晶粒长大，但在焊接后的冷却过程中具有非均质形核质点的作用，可在奥氏体晶粒内部诱发针状铁素体组织(IGF)，从而起到细化焊接热影响区组织的效果(Jin-ichi Takamura，Schozo Mizoguchi.Roles of Oxides in Steels Performance.Proc.of the 6^th inter.iron and steelcong.，1990，Nagoya，ISIJ：591-602)。文献研究表明：钛的氧化物中Ti₂O₃是最有效的针状铁素体形核核心(杨颖，宋福明，宋波等.非调质钢中钛氧化物冶金行为[J].北京科技大学学报.2005，27(5)：540～554.)。但热力学研究表明，要析出尺寸为0.2μm～2μm的细小Ti₂O₃夹杂，必须严格控制钢中的酸溶铝含量和溶解氧含量在很低的范围(薛正良，齐江华，赵栋楠等.基于氧化物冶金技术的管线钢凝固脱氧热力学.特殊钢，2007(4)：4～6.)，这与传统的铝脱氧理论是相违背的。因此，实际生产过程中要实现上述目标，工艺控制十分复杂和困难。所以目前氧化物冶金技术的工业化进展缓慢，具体冶炼工艺细节也未见公开报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低廉、生产上易于操作和控制的大线能量焊接管线用钢的冶炼方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：转炉出钢过程中采用铝深脱氧，LF炉造白渣深脱硫，在精炼或连铸阶段直接向钢液中喷吹纳米级MgO和CaO粉中的一种或两种，喷入钢液中的MgO和CaO粉的尺寸为10nm～200nm，喷吹量为0.05kg/t～1kg/t。其中，向钢液中喷吹纳米级MgO和CaO粉是通过RH真空处理装置上升管的吹氩口或在连铸过程中大包至中间包的长水口上设置的吹氩管吹入钢液。

本发明冶炼得到的大线能量焊接管线用钢的主要化学成分是：w(C)0.04％～0.06％、w(S)≤0.003％、w(P)≤0.003％、w(Si)0.2％～0.4％、w(Mn)1.8％～2.0％、w(N)≤0.005％、w(B)0.001％～0.0015％、w(Ti)≤0.05％、w(Al_S)0.015％～0.05％。

由于采用上述技术方案，本发明在管线用钢冶炼过程中采用直接喷吹纳米级高熔点MgO和CaO粉的冶炼技术；纳米级MgO和CaO粉喷入钢液过程中，被RH上升管内或者大包至中间包之间的长水口内呈强烈湍流运动的钢流搅入钢液，并呈弥散分布。纳米级MgO和CaO颗粒在炼钢温度下稳定不分解，且在钢液中不易聚合长大。钢液浇铸凝固后，纳米级MgO和CaO颗粒均匀弥散分布在铸坯中。

使用这一冶炼方法后，管线钢采用大线能量焊接时，焊接热影响区的奥氏体晶粒因受到纳米级MgO和CaO颗粒在晶界钉扎，阻止奥氏体晶粒在高温下长大，从而起到细化焊接热影响区组织的效果，达到提高焊接热影响区强度和韧性的目的。

采用此方法的优点是冶炼过程中可以采用传统的铝脱氧工艺，钢水的深脱氧和深脱硫很容易实现。因此，本发明具有工艺简单、成本低廉、生产上易于操作和控制的特点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对保护范围的限制。

实施例1

一种大线能量焊接管线用钢的冶炼方法：转炉出钢过程中采用铝深脱氧-LF炉造白渣深脱硫-RH真空处理，并在RH上升管内吹氩的同时，直接向钢液中喷吹尺寸为10nm～200nm的MgO粉，喷吹量为0.5kg/t～1kg/t；然后进行钙处理-软吹-连铸，即得到大线能量焊接管线用钢钢坯。

本实施例1冶炼得到的大线能量焊接管线用钢的主要化学成分是：w(C)0.04％～0.06％、w(S)≤0.003％、w(P)≤0.003％、w(Si)0.2％～0.4％、w(Mn)1.8％～2.0％、w(N)≤0.005％、w(B)0.001％～0.0015％、w(Ti)≤0.05％、w(Al_S)0.025％～0.05％。

实施例2

一种大线能量焊接管线用钢的冶炼方法：转炉出钢过程中用铝深脱氧-LF炉造白渣深脱硫-RH真空处理-钢液钙处理-软吹-连铸，在连铸过程中大包至中间包的长水口上设置吹氩管，通过此吹氩管喷吹尺寸为10nm～200nm的CaO粉，喷吹量为0.05kg/t～0.5kg/t。钢水浇铸后即得大线能量焊接管线用钢钢坯。

本实施例2冶炼得到的大线能量焊接管线用钢的主要化学成分是：w(C)0.04％～0.06％、w(S)≤0.003％、w(P)≤0.003％、w(Si)0.2％～0.4％、w(Mn)1.8％～2.0％、w(N)≤0.005％、w(B)0.001％～0.0015％、w(Ti)≤0.05％、w(Al_S)0.015％～0.25％。

实施例3

一种大线能量焊接管线用钢的冶炼方法：转炉出钢过程中采用铝深脱氧-LF炉造白渣深脱硫，在RH真空处理阶段，在RH上升管内吹氩的同时直接向钢液中喷吹尺寸为10nm～200nm的MgO和CaO粉，喷入量为0.1kg/t～0.8kg/t，MgO和CaO纳米粉的质量比为1∶1；钢水浇铸后即得到大线能量焊接管线用钢钢坯。

本实施例3冶炼得到的大线能量焊接管线用钢的主要化学成分是：w(C)0.04％～0.06％、w(S)≤0.003％、w(P)≤0.003％、w(Si)0.2％～0.4％、w(Mn)1.8％～2.0％、w(N)≤0.005％、w(B)0.001％～0.0015％、w(Ti)≤0.05％、w(Al_S)0.015％～0.035％。

本具体实施方式采用直接向钢液喷吹纳米级高熔点MgO和CaO粉的冶炼技术；纳米级MgO和CaO粉喷入钢液过程中，被RH上升管内或者大包至中间包之间的长水口内呈强烈湍流运动的钢流搅入钢液，并呈弥散分布。纳米MgO和CaO颗粒在炼钢温度下稳定不分解，且在钢液中不易聚合长大；钢液浇铸凝固后，纳米尺度的MgO和CaO颗粒均匀弥散分布在铸坯中。

Claims

1、一种大线能量焊接管线用钢的冶炼方法，其特征在于：转炉出钢过程中采用铝深脱氧，在精炼或连铸阶段直接向钢液中喷吹纳米级Mg0和CaO粉中的一种或两种，喷入钢液中的MgO和CaO粉的尺寸为10nm～200nm，喷吹量为0.05kg/t～1kg/t。

2、根据权利要求1所述的大线能量焊接管线用钢的冶炼方法，其特征在于所述的向钢液中喷吹纳米级MgO和CaO粉是通过RH真空处理装置上升管的吹氩口或在连铸过程中大包至中间包的长水口上设置的吹氩管喷入钢液。