CN102019389A - P91钢圆坯连铸方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及P91钢圆坯连铸方法，属于冶金技术领域。本发明所要解决的技术问题是提供一种P91钢圆坯连铸方法，该方法可以避免浇铸高合金钢P91连铸圆坯产生铸坯表面裂纹和中心裂纹缺陷。本发明P91钢圆坯连铸方法，采用连铸二次冷却方法冷却，其特征在于：连铸二冷比水量为0.20～0.28L/kg，二冷区分五段冷却，各段水量百分比分别为：第一段18～25％、第二段12～18％、第三段12～18％、第四段28～38％、第五段17～25％。

Description

P91钢圆坯连铸方法
技术领域
本发明涉及P91钢圆坯连铸方法，属于冶金技术领域。
背景技术
随着超(超)临界发电机组建设的增加和发电机组参数的提高，亚临界机组普遍采用的合金钢管材12CrlMoVG、P22已被更高钢级的P91代替，其需求量不断增加。高合金的高压锅炉管P91一直是我国的短线产品，多年来依靠进口，P91耐热锅炉管用于制造电站锅炉的蒸汽集箱、电厂主蒸汽管等重要部件，长期在高温、高压环境下工作，服役条件苛刻，因此，对P91钢管的冶金质量要求很高。
圆连铸坯是无缝钢管生产的主要管坯之一，常用钢种是碳素钢、低合金钢和合金结构钢，合金含量低，对连铸机设备和二冷水制度要求不高。但是高合金钢P91合金含量高，连铸控制技术难度大，钢液凝固收缩与低合金钢、合金钢完全不同。钢液合金含量高，凝固收缩大，铸坯容易产生中心裂纹和表面裂纹，尤其是浇注φ280mm以上的连铸坯规格，铸坯断面尺寸大，冷却速度慢，铸坯表面回温大，钢水过热度、二冷水制度设计不合理，生产的铸坯容易产生2.0级以上的中心裂纹、铸坯表面容易产生纵裂纹，不能满足轧管用管坯钢的使用要求。
连铸二冷水的作用是将从结晶器拉出来的带有液心的铸坯，在二次冷却区接受气-水喷雾冷却，促使铸坯快速完全凝固，随着铸坯坯壳厚度的增加，导热速度减慢，二次冷却系统必须设计为均匀降低铸坯温度，避免铸坯表面温度急剧变化，导致铸坯产生裂纹缺陷。
申请号为200610147658.0的中国专利申请中公开了一种高温合金钢P91的冶炼方法，该方法采用偏心底出钢EAF+LF+VD工艺路线，并采用吹氮合金化，其可以稳定控制钢液中氮含量，提高钢液的纯净度，节约合金，并消除了材料皮下气泡和白点缺陷，避免在轧制和穿管过程中容易产生的表面裂纹和内表面裂纹现象。但是该方法并不能防止铸坯生产过程中的裂纹产生。
申请号为200610030724.6的中国专利申请中公开了一种生产Cr-Mo合金钢圆坯的方法，该方法控制连铸二冷比水量为0.47～0.53，一区水量百分比为35％～45％，二区水量百分比为22％～32％，三区水量百分比为14％～24％，四区水量百分比为9％～19％，并控制钢中Mn/S≥200。该方法可以避免钢水在冷却凝固过程中因激冷产生铸坯中心裂纹、缩孔等缺陷的发生。但是该方法只适用于含有铬、钼、镍一种或两种以上元素，且以上元素含量在2.5％～5.5％的连铸坯，而对于铬钼含量更高的P91钢(铬含量为8.0～9.5％、钼含量为0.85～1.05％)，该方法仍然不能解决生产的铸坯容易产生2级以上的中心裂纹、铸坯表面容易产生纵裂纹的技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种P91钢圆坯连铸方法，该方法可以避免浇铸高合金钢P91连铸圆坯产生铸坯表面裂纹和中心裂纹缺陷。
本发明P91钢圆坯连铸方法，采用连铸二次冷却方法冷却，其特征在于：连铸二冷比水量为0.20～0.28L/kg，二冷区分五段冷却，各段水量百分比分别为：第一段18～25％、第二段12～18％、第三段12～18％、第四段28～38％、第五段17～25％。
进一步的，为了使生产的P91钢圆坯质量更好，本发明方法连铸时还控制钢水过热度为35～55℃，对应拉速为0.50～0.70m/min。
其中，为了使冷却效果更好，上述的二冷区分五段冷却方式优选为气-水喷雾冷却。
其中，本发明方法可以适用于所有常规的P91钢圆坯的生产，特别是直径为φ280～φ350mm的P91钢圆坯的生产。
其中，为了使生产的P91钢圆坯质量更好，还需要提高冶炼的钢水质量，本发明方法的钢水冶炼步骤具体如下：初炼钢水出炉前向熔池喷吹碳粉对钢水进行预还原，然后采用LF钢包精炼并调整合金元素含量达到标准要求，最后采用VD真空去气、去夹杂物。
本发明方法具有如下有益效果：
1、采用对初炼钢水喷吹碳粉进行预还原技术；LF钢包精炼和VD真空精炼工艺生产高合金钢P91，可以精确控制合金元素含量，提高钢质纯净度。
2、控制连铸中间包钢水过热度，连铸二冷区采用多段气-水喷雾冷却，各段冷却水量的合理匹配，可减少铸坯表面回温和铸坯表面温度梯度，避免铸坯热应力增加和铸坯表层温度反复变化而发生多次相变，导致铸坯产生中心裂纹和表面裂纹缺陷，生产的铸坯质量满足轧管要求。
具体实施方式
本发明P91钢圆坯连铸方法，采用连铸二次冷却方法冷却，其特征在于：连铸二冷比水量为0.20～0.28L/kg，二冷区分五段冷却，各段水量百分比分别为：第一段18～25％、第二段12～18％、第三段12～18％、第四段28～38％、第五段17～25％。
P91钢铬含量高，钢液粘稠，流动性差，凝固补缩不好，尤其是铸坯断面越大，补缩效果越差。另外，合金元素铬含量高，钢液凝固时铸坯断面收缩大，已凝固铸坯不能承受钢液凝固收缩应力，铸坯就容易产生中心裂纹和表面裂纹。本发明的发明人经过大量实验，发现改善铸坯裂纹形成条件必须从连铸冷却着手，避免应力的集中释放，形成铸坯中心裂纹和表面裂纹。采用上述方法冷却铸坯，可以使铸坯温度均匀，各段之间铸坯表面回温小，避免铸坯热应力增加和铸坯表层温度反复变化而发生多次相变，导致铸坯产生中心裂纹和表面裂纹缺陷。
进一步的，为了使生产的P91钢圆坯质量更好，本发明方法连铸时还控制钢水过热度为35～55℃，对应拉速为0.50～0.70m/min。
其中，为了使冷却效果更好，上述的二冷区分五段冷却方式优选为气-水喷雾冷却。
其中，本发明方法可以适用于所有常规的P91钢圆坯的生产，特别是直径为φ280～φ350mm的P91钢圆坯的生产。
其中，为了使生产的P91钢圆坯质量更好，还需要提高冶炼的钢水质量，本发明方法的钢水冶炼步骤具体如下：初炼钢水出炉前向熔池喷吹碳粉对钢水进行预还原，然后采用LF钢包精炼并调整合金元素含量达到标准要求，最后采用VD真空去气、去夹杂物。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
P91生产工艺流程：70吨高阻抗电炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸→铸坯缓冷→铸坯表面清理→合格铸坯入库
70吨高阻抗电弧炉采用优质废钢和铁水作原料，铁水为废钢重量的28％，利用电能熔化废钢，石灰造渣脱磷，RCB枪加大炉壁用氧量，保持一定的脱碳速度，去除钢水中的夹杂和氢、氮气体，同时从炉门喷吹碳粉造泡沫渣，出钢前对钢水喷吹碳粉进行预还原，避免钢水被过氧化，碳粉用量3.5Kg/t钢。采用偏心炉底无渣出钢，出钢过程用硅铝钡钙和铝球脱氧剂进行预脱氧，有效降低钢水的氧化性。电炉初炼钢水成分：C0.03％、P 0.0040％、S 0.030％、Fe为余量，出钢温度1690℃；电炉出钢采用无渣出钢，出钢过程钢包加入烤红的低碳铬铁50Kg/t钢、金属锰3.5Kg/t钢，铝球1.0Kg/t钢、BaAlSi4.0Kg/t钢。
初炼钢水到LF精炼炉，采用钢包底吹氮气，用专用精炼渣造发泡性白渣，专用精炼渣成分CaO：78％，Al2O3：10％，CaF2：7％，MgO：2％，S：0.01％，余量为灰份，用量20Kg/t钢；精炼过程分批加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、镍板、铌铁、钒铁等合金进行合金化，根据生产所需的最终产品各元素含量调整钢水化学成分，精炼结束喂CaSi线进行钙处理，用量0.4Kg/t钢，出钢温度1668℃。精炼钢水到VD炉进行真空处理，在真空度≤67Pa下，保持时间15分钟，出罐温度1610℃。
精炼好的钢水送到三机三流圆坯连铸机浇铸φ280mm铸坯，使用Mg质中间包涂料；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加密封垫保护；结晶器使用低碳保护渣和低碳双层中间包覆盖剂；结晶器用浸入式水口。钢水过热度Δt 55℃，连铸二冷比水量为0.28L/kg，二冷区分五段气-水喷雾冷却，各段水量百分比分别为：第一段25％、第二段14％、第三段12％、第四段28％、第五段21％，浇铸速度0.70m/min。所得铸坯低倍评级结果见表1，其中，技术要求值指满足超(超)临界发电机组高压锅炉管轧制管坯的质量要求。
表1铸坯低倍评级
Figure BDA0000035166900000041
实施例2
P91生产工艺流程：70吨高阻抗电炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸→铸坯缓冷→铸坯表面清理→合格铸坯入库
70吨高阻抗电弧炉采用优质废钢和铁水作原料，铁水为废钢重量的20％，利用电能熔化废钢，石灰造渣脱磷，RCB枪加大炉壁用氧量，保持一定的脱碳速度，去除钢水中的夹杂和氢、氮气体，同时从炉门喷吹碳粉造泡沫渣，出钢前对钢水喷吹碳粉进行预还原，避免钢水被过氧化，碳粉用量4.0Kg/t钢。采用偏心炉底无渣出钢，出钢过程用硅铝钡钙和铝球脱氧剂进行预脱氧，有效降低钢水的氧化性。电炉初炼钢水成分：C 0.04％、P 0.0030％、S 0.020％、Fe为余量，出钢温度1700℃；电炉出钢采用无渣出钢，出钢过程钢包加入烤红的低碳铬铁48Kg/t钢、金属锰3.3Kg/t钢，铝球1.0Kg/t钢、BaAlSi3.0Kg/t钢。
初炼钢水到LF精炼炉，采用钢包底吹氮气，用专用精炼渣造发泡性白渣，专用精炼渣成分CaO：72％、Al 2O3：16％、CaF2：7％、Mg：4％、S：0.05％、余量为灰份，用量15Kg/t钢；精炼过程分批加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、镍板、铌铁、钒铁等合金进行合金化，根据生产所需的最终产品各元素含量调整钢水化学成分，精炼结束喂CaSi线进行钙处理，用量0.8Kg/t钢，出钢温度1670℃。精炼钢水到VD炉进行真空处理，在真空度≤67Pa下，保持时间18分钟，出罐温度1600℃。
精炼好的钢水送到三机三流圆坯连铸机浇铸φ350mm铸坯，使用Mg质中间包涂料；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；结晶器使用低碳保护渣和低碳双层中间包覆盖剂；结晶器用浸入式水口。钢水过热度Δt 35℃，连铸二冷比水量为0.20L/kg，二冷区分五段气-水喷雾冷却，各段水量百分比分别为：第一段18％、第二段12％、第三段15％、第四段38％、第五段17％，浇铸速度0.50m/min。所得铸坯低倍评级结果见表2，其中，技术要求值指满足超(超)临界发电机组高压锅炉管轧制管坯的质量要求。
表2铸坯低倍评级
  一般疏松   中心疏松   中间裂纹   中心裂纹   缩孔   铸坯表面裂纹
  铸坯值   1级   1级   0级   0级   0级   无
  技术要求值   ≤1级   ≤1级   ≤1级   ≤1级  ≤1级   无
从表1、表2可看出采用本发明方法制得的铸坯低倍无中间裂纹、中心裂纹和铸坯表面裂纹，完全满足超(超)临界发电机组高压锅炉管轧制管坯的质量要求。
按200610030724.6的方法，控制连铸二冷比水量为0.47～0.53，一区水量百分比为35％～45％，二区水量百分比为22％～32％，三区水量百分比为14％～24％，四区水量百分比为9％～19％进行P91钢圆坯连铸。所生产的P91连铸坯低倍评级见表3，其中，技术要求值指满足超(超)临界发电机组高压锅炉管轧制管坯的质量要求。
表3铸坯低倍评级
  一般疏松   中心疏松   中间裂纹   中心裂纹   缩孔   铸坯表面裂纹
  铸坯值   1级   1级   0级   2级   2级   纵裂纹
  技术要求值   ≤1级   ≤1级   ≤1级   ≤1级  ≤1级   无
从表1、2、3可以看出，采用本发明方法生产的铸坯质量完全符合超(超)临界发电机组高压锅炉管轧制管坯的质量要求，而采用200610030724.6专利申请的方法所生产的P91钢圆连铸坯会产生2级中心裂纹和2级缩孔，且铸坯表面有纵裂纹产生，不能满足超(超)临界发电机组高压锅炉管轧制管坯的质量要求。

Claims (5)

1.P91钢圆坯连铸方法，采用连铸二次冷却方法冷却，其特征在于：连铸二冷比水量为0.20～0.28L/kg，二冷区分五段冷却，各段水量百分比分别为：第一段18～25％、第二段12～18％、第三段12～18％、第四段28～38％、第五段17～25％。
2.根据权利要求1所述的P91钢圆坯连铸方法，其特征在于：连铸时还控制钢水过热度为35～55℃，对应拉速为0.50～0.70m/min。
3.根据权利要求1或2所述的P91钢圆坯连铸方法，其特征在于：所述的二冷区分五段冷却方式为气-水喷雾冷却。
4.根据权利要求1～3任一项所述的P91钢圆坯连铸方法，其特征在于：所述P91钢圆坯的直径为φ280～φ350mm。
5.根据权利要求1～4任一项所述的P91钢圆坯连铸方法，其特征在于：还包括钢水冶炼步骤，具体如下：初炼钢水出炉前向熔池喷吹碳粉对钢水进行预还原，然后采用LF钢包精炼并调整合金元素含量达到标准要求，最后采用VD真空去气、去夹杂物。
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