CN102010925A - 一种新型中碳j55钢的冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种新型中碳J55钢的冶炼方法,包括铁水预处理→转炉吹炼→LF精炼→板坯连铸、清理、再加热→轧制与冷却→成品检验的工艺流程;针对钢中非金属夹杂的去除氮元素和钢材偏析控制的关键步骤;其中转炉出钢时[N]的含量小于0.002%;转炉吹炼时,严禁补吹,防止钢水增氮,转炉出钢温度为1620-1670℃,此时[C]含量为0.09%,[P]含量小于0.008%;LF精炼需添加AL-Ca精炼剂为2.5kg/吨钢,有钢包底吹氩弱搅拌,时间15-20分钟;精炼渣Al2O3的含量29-31%;钢水[N]含量小于0.004%,钢中A、B类非金属夹杂小于1.0级;连铸大包长水口采用密封圈+氩封的保护;连铸时钢水[N]增量小于0.001%;为减少铸坯的硫化物偏析和Nb(Cx、Ny)生成,钢材[S]含量小于0.003%,[N]含量小于0.005%;为防止铸坯偏析,连铸温度控制在1528~1542℃即可。

Description

一种新型中碳J55钢的冶炼方法
技术领域
本发明涉及中碳J55钢的冶炼,该方法尤其适用于新型中碳J55钢的制造。
背景技术
近年来,随着油田的不断探明、开采,石油套管的需求量在逐年增加,与市售相同规格、性能的石油ERW焊管与无缝管相比,焊管价格将便宜20%左右,因此越来越多直缝焊管机组需热轧钢卷原料已成为现实需求。据国内在建与建成的ERW焊管机组统计,焊管用热轧原料的需求量每年在40万吨以上。国内的宝钢、武钢都在生产供应,但仍然满足不了需求。过去在API 5CT标准中J55钢种只有性能要求,未作成分规定,虽然企业标准中也规定的J55性能要求与API 5CT相同,但设计原则均为低碳(钢中碳小于0.012%)微合金钢。目前市售的低碳微合金J55钢,一是钢材内在质量不稳定,带状组织严重,钢管探伤过程中出现A、B类非金属夹杂,特别在A类夹杂附近常常富集了Nb、Ti(C,N)化物,对钢的冲击韧性造成影响;二是不利于管端螺纹的套丝加工。
本发明是一种新型中碳J55钢的冶炼方法,通过对生产环节的钢水吸氮、减少铸坯TiN的富集及Nb、Ti(Cx,Ny)化物生成,LF炉精炼采取AL-Ca精炼剂的处理等关键技术步骤的控制,再经控轧控冷榨制,获得中碳J55钢卷,不但具备了J55钢特有的高强度和良好的冲击韧性,而且制成的钢管利于管端螺纹的套丝加工。
发明内容
本发明的目在于:提供的新型中碳J55钢,采用中碳、低锰,并加入微量的Nb、Ti微合金化元素的设计方案科学合理,其冶炼方法简单易行,既降低成本又增加了品质,效果十分显著。
本发明的目的是这样实现的:一种新型中碳J55钢的冶炼方法,包括铁水预处理→转炉吹炼→LF精炼→板坯连铸→板坯清理→板坯再加热→控制轧制与冷却→成品检验的工艺流程;尤其针对钢中非金属夹杂的去除氮元素的控制和钢材偏析控制的关键技术步骤;
其中非金属夹杂的去除及氮元素的控制:
①铁水预处理后的[S]含量小于0.003%;转炉出钢时[N]的含量小于0.002%;
②转炉吹炼时,严禁补吹,防止钢水增氮,其控制参数为供氧压力0.8~0.85MPa,流量32000~33000m3/h,强度为0.4~0.6Nm3/t·min,吹氧时间14min;底吹氩搅拌供气强度为0.05~0.08Nm3/t.min,压力为1.0~1.2Mpa;转炉出钢温度为1620-1670℃,此时[C]含量为0.09%,[P]含量小于0.008%;
③LF精炼及造渣、脱硫,需添加AL-Ca精炼剂,再有钢包底吹氩弱搅拌,控制时间为15-20分钟;精炼的终渣Al2O3的含量为29~31%;钢水[N]含量小于0.004%,钢中A、B类非金属夹杂小于1.0级;
④连铸保护浇铸,大包长水口采用密封圈+氩封的保护;连铸时钢水[N]增量小于0.001%。
其中钢材偏析控制:
①为减少铸坯的硫化物偏析和Nb(Cx、Ny)生成,钢材[S]含量小于0.0030%,[N]含量小于0.0050%;
②为防止铸坯偏析,连铸中间包的温度控制在1528~1542℃即可。
所述的中碳J55钢的冶炼方法,AL-Ca精炼剂的添加量为2.5kg/吨钢;其中金属铝粉的含量为35-38%、硅钙粉的含量为10%、Al2O3的含量为50%、粘结剂的含量为5%,其粘结剂为轻烧白云石。
所述的中碳J55钢的冶炼方法,连铸密封圈选用纤维质硅酸铝棉,密封采用高温粘结剂,其粘结剂为耐火胶泥。
所述的中碳J55钢的冶炼方法,成品钢的抗拉强度大于520Mpa,屈服强度在420~530Mpa,-10℃冲击功大于30J,硬度小于170HV10。
所述的中碳J55钢的冶炼方法,热轧钢卷在纵剖使用时,钢管降级率控制在0.05%以下,为国内同类产品的最佳指标。
所述的中碳J55钢的冶炼方法,冶炼的选材配制均为市售产品。
本发明方法采用中碳、低锰,并加入微量的Nb、Ti微合金化元素强化的成分方案设计,保证钢材的强度和韧性的前提下,提高了钢材的冷加工性能,利于钢管端部螺纹加工;利用钢中的N与Ti的亲和力大于Nb的优势,加入微量的Ti,降低了Nb(Cx,Ny)的生成量,弥散的TiN提高强度的同时,Ti可提高钢材韧性,同时对提高连铸板坯表面质量有益;通过控制生产环节钢水吸氮,降低钢水氮含量,减少铸坯TiN的富集,LF炉精炼采取AL-Ca处理以球化Al2O3夹杂提高钢材韧性等有独到之处。
本发明方法得以充分的体现:
一是在LF精炼中加入AL-Ca精炼剂,使其深度脱氧、提高钙的收得率,增大了Al2O3和CaO的碰撞几率,改善了Al2O3和CaO生成低熔点复合夹杂生成、长大的动力学条件,增加了Al2O3夹杂的球化去除效果及改性效果(尺寸小的脆性夹杂变性为塑性夹杂)。
二是在转炉出钢后加入AL-Ca精炼剂,使LF精炼渣配比对钢水中的非金属夹杂具有很强的吸附去除能力,再加有钢包底吹氩弱搅拌,使钢中的A、B类非金属夹杂去除或含量级别降低。
三是对细小的不易上浮AL2O3夹杂进行钙处理,可净化钢水以提高钢材韧性。
本发明的中碳钢J55钢熔炼成分控制范围已达到的性能设计要求,见表1。
表1
Figure GSA00000116973800031
注释:冲击功试验条件,方向为横向,缺口为夏氏V型,执行标准GB/T229-2007《金属夏比冲击试验方法》,温度为-10℃。
上表说明:成分设计既要保证钢材的强度、韧性、硬度和管端利于套丝加工,又要保证板坯质量,避免钢卷边部出现表面质量缺陷和降低钢材的内在带状组织。
本方法科学合理,严格把握冶炼J55钢时的钢材偏析和夹杂物控制的重要冶炼方法及步骤,获得的新型中碳钢J55,达到了原设计性能的要求,彰显技术进步。
具体实施方式
实施例
工艺路线为:铁水预处理→转炉吹炼→LF精炼(低硫、低铌、微钛、钙处理)→板坯连铸→板坯清理→板坯再加热→控制轧制冷却→成品取样检验出厂;目的是通过生产环节控制钢水氮含量可减轻或消除板坯角部横裂纹。
其中钢中非金属夹杂的去除及氮元素的控制:
(1)铁水脱硫预处理降低铁水硫含量[S]<0.002%;转炉出钢[N]含量小于0.002%;
(2)转炉冶炼的控制参数如下:铁水装入量120吨,供氧压力0.8~0.85MPa,氧气流量32000m3/h,冶炼一炉钢水前、后期供气强度0.6Nm3/t·min,吹氧时间14min;底吹氩搅拌供气强度调节范围为0.08Nm3/t.min,工作压力为1.2Mpa,确保转炉一次吹炼合格率达到100%。由于再次下枪吹炼易造成钢水增氮(此时由于后搅拌时期,渣位低,钢水液面重新被吹开时造成钢水增氮,再吹一次可增氮7PPm以上,再吹两次可增氮20PPm),从而降低钢水增氮;强化出钢口维护,出钢时出钢口园整,防止出钢钢水散流;转炉出钢提高钢水温度,转炉出钢温度控制在1620℃,转炉[C]含量控制在0.09%,[P]含量<0.008%。
(3)LF造渣、脱硫去除夹杂
转炉出钢后向钢包内加入AL-Ca质精炼剂,加入量为2.5kg/吨钢。AL-Ca质精炼剂主要成分:铝粉35%,硅钙粉10%,Al2O3 50%,加入5%粘结剂(轻烧白云石)冷固结而成。LF精炼渣配比对钢水中的非金属夹杂具有很强的吸附能力,再加上LF通电结束后向钢包内底部吹氩气进行弱搅拌,加速夹杂碰撞长大、上浮去除。钢中的A、B类非金属夹杂小于1.0级。对细小的不易上浮AL2O3夹杂进行钙处理,进一步净化钢水以提高钢材韧性。
LF精炼终渣Al2O3含量控制在29~32%,CaO含量控制在50~55%,通电时间控制在15min之内,LF处理总时间为45分钟,有效控制了LF处理过程钢水增氮,钢水[N]含量小于0.004%。
(4)连铸保护浇铸,连铸大包长水口采用密封圈+氩封保护,材质为纤维质硅酸铝棉及高温粘结剂高温耐火胶泥。连铸过程钢水增量[N]小于0.008%。
其中钢材偏析的控制:
(1)钢材[S]含量小于0.004%,钢材[N]含量小于0.005%,以减少铸坯的硫化物偏析和Nb(Cx、Ny)富集生成。
(2)中间包钢水过热度是影响铸坯偏析的主要因素,因此连铸时中间包钢水温度控制在1528℃~1542℃,钢水过热度控制在11℃~25℃。
实施效果:
成品钢材的抗拉强度大于520Mpa,屈服强度在420~530Mpa,-10℃冲击功大于30J,硬度小于170HV10。
热轧钢卷在纵剖使用时,钢管降级率控制在0.05%以下,为国内同类产品的最佳指标。

Claims (6)

1.一种新型中碳J55钢的冶炼方法,其特征在于:包括铁水预处理→转炉吹炼→LF精炼→板坯连铸→板坯清理→板坯再加热→控制轧制与冷却→成品检验的工艺流程;尤其针对钢中非金属夹杂的去除氮元素的控制和钢材偏析控制的关键技术步骤;
其中非金属夹杂的去除及氮元素的控制:
①铁水预处理后的[S]含量小于0.003%;转炉出钢时[N]的含量小于0.002%;
②转炉吹炼时,严禁补吹,防止钢水增氮,其控制参数为供氧压力0.8~0.85MPa,流量32000~33000m3/h,强度为0.4~0.6Nm3/t·min,吹氧时间14min;底吹氩搅拌供气强度为0.05~0.08Nm3/t.min,压力为1.0~1.2Mpa;转炉出钢温度为1620-1670℃,此时[C]含量为0.09%,[P]含量小于0.008%;
③LF精炼及造渣、脱硫,需添加AL-Ca精炼剂,再有钢包底吹氩弱搅拌,控制时间为15-20分钟;精炼的终渣Al2O3的含量为29~31%;钢水[N]含量小于0.004%,钢中A、B类非金属夹杂小于1.0级;
④连铸保护浇铸,大包长水口采用密封圈+氩封的保护;连铸时钢水[N]增量小于0.001%。
其中钢材偏析控制:
①为减少铸坯的硫化物偏析和Nb(Cx、Ny)生成,钢材[S]含量小于0.003%,[N]含量小于0.005%;
②为防止铸坯偏析,连铸中间包的温度控制在1528~1542℃即可。
2.按照权利要求1所述的中碳J55钢的冶炼方法,其特征在于:AL-Ca精炼剂的添加量为2.5kg/吨钢;其中金属铝粉的含量为35-38%、硅钙粉的含量为10%、Al2O3的含量为50%、粘结剂的含量为5%,其粘结剂为轻烧白云石。
3.按照权利要求1所述的中碳J 55钢的冶炼方法,其特征在于:连铸密封圈选用纤维质硅酸铝棉,密封采用高温粘结剂,其粘结剂为耐火胶泥。
4.按照权利要求1所述的中碳J55钢的冶炼方法,其特征在于:成品钢的抗拉强度大于520Mpa,屈服强度在420~530Mpa,-10℃冲击功大于30J,硬度小于170HV10。
5.按照权利要求1所述的中碳J55钢的冶炼方法,其特征在于:热轧钢卷在纵剖使用时,钢管降级率控制在0.05%以下,为国内同类产品的最佳指标。
6.按照权利要求1所述的中碳J55钢的冶炼方法,其特征在于:冶炼的选材配制均为市售产品。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110413