CN102676725A - 一种x70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法 - Google Patents

一种x70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法 Download PDF

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唐春霞
赵晋斌
李强
王军
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Abstract

本发明涉及钢夹杂物的控制方法，是一种X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法，通过控制钢水中含量，保证合适的Ca/S比(1.2-5.0)来控制轧板中非金属夹杂物的类型、数量和尺寸。将钢板中的夹杂物控制为CaO+CaS：85~90%，其它：≤10%，形成在轧制过程中不易变形的特点；通过长时间的精炼处理，夹杂物的数量和尺寸明显降低。采用该方法制造的X70钢板在A溶液HIC试验中满足了HIC的各项指标（裂纹长度率≤15%、裂纹厚度率≤5%、裂纹敏感率≤2%）要求，避免了大尺寸的长条状MnS和条串状的CaO-Al2O3系B类夹杂物对抗酸性管线钢的危害。

Description

一种X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法
技术领域
本发明涉及钢夹杂物的控制方法，具体的说是一种X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法。
背景技术
抗酸性管线钢是指不仅具备高钢级，而且具备抗腐蚀安全性的管线用钢。我国的一些油（气）田如四川油田，国外的油（气）田如伊朗、缅甸等中东地区，以及深海油含有H2S 的量都是很高的。今后输送石油、天然气不再是经脱水、脱H2S处理的油气，而是未经处理的“富气”（H2S ≤300Pa），为此必须提高管线钢抗氢致开裂（HIC）和抗H2S应力腐蚀的性能。输送酸性天然气的管道用钢板目前能生产到X65钢级，但是仍未达到X70钢级。尽管有专利报导X80钢级的抗HIC性能合格，但是进行的是B溶液的HIC试验，并且是钢卷而非钢板。也有专利报导一种控制HIC管线钢板中非金属夹杂物的方法，将这类夹杂物控制为CaS-CaO-Al2O3系夹杂物，但是其中部分的大尺寸的CaO-Al2O3系夹杂物在后续轧制过程仍然存有危害。 
研究表明，钢板中塑性变形的MnS夹杂物会导致HIC性能的大幅下降，为此抗酸性管线钢生产中必须降低钢中硫含量，同时进行钙处理以改变MnS夹杂物的形态。进行钙处理，会发生反应[Ca]+[S] =CaS，当Ca/S比值为0～0.5时，生成MnS；当Ca/S比值为0.5～1.2时，生成（Ca,Mn）S；当Ca/S比值为1.2～3.0时，生成CaS。所以进行适当的钙处理，保证一定的Ca/S比值，可以避免生成MnS夹杂物。
在钙处理的同时，钙还和钢中脱氧产物Al2O3反应生成CaO-Al2O3系夹杂物。由于部分大尺寸的CaO-Al2O3系夹杂物残留在钢中并被轧制成条串状的B类夹杂物，严重危害到高等级管线钢的抗HIC性能，这一类型夹杂物的控制成为抗HIC管线钢生产的难点。
发明内容
为了提高X70级管线钢的抗H2S腐蚀能力，避免生成诱导形成裂纹的夹杂物MnS和条串状CaO-Al2O3系夹杂物，本发明的目的是提供一种X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法，可以避免生成诱导氢致裂纹形成的夹杂物，钢液中非金属夹杂物的类型主要为CaO+CaS复合夹杂物：CaO+CaS：85～90%，其它：10～15%，无单相的Al2O3和MnS夹杂物。
本发明实现以上发明目的的技术方案是：
一种X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法，
㈠铁水脱硫预处理，喷Mg强脱硫处理；
㈡保证转炉终点拉碳次数≤1次；转炉终点[S]≤0.008%，[P] ≤0.008%；转炉出钢预精炼：在出钢2/5之前完成渣料萤石、活性石灰、铝块与合金的加入；转炉出钢结束后钢液中非金属夹杂物成分为：Al2O3+MnS：75～90%，MgO：0～10%，其它：≤5%；
㈢精炼过程中深脱硫，采用高碱度强还原性炉渣精炼，炉渣的碱度7～15，处理时间：40～60min，控制钢液中S含量≤15ppm；LF处理过程满足 [Als]在0.03～0.06%之间；在LF每一次的加料和正常搅拌过程中动态调整底吹流量在200～1000Nl/min之间；LF结束后，钢液中的非金属夹杂物成分为：CaO +Al2O3：75～90%，MgO：0～10%，其它：≤5%；
㈣对钢液进行真空处理，真空压力≤5mbar，处理时间为18～20min，抽真空结束后钢液中非金属夹杂物为：Al2O3：40～70%，CaO：20～60%，其它：≤10%；
㈤真空处理后进行Ca处理，控制钢液中的Ca/S比值为1.2～5.0；钙处理结束后钢液中非金属夹杂物为：CaS+CaO：85～95%，其它：≤10%，无单相的Al2O3和MnS夹杂物。
通过控制合适的Ca/S比(1.2-5.0)值达到以下目的：脱氧产物Al2O3转变成CaO-CaS类型，MnS夹杂物转变成CaS类型。另外，通过长时间的精炼处理，降低各工序环节的二次氧化和浇注过程的非稳态操作，大尺寸夹杂物的数量大幅降低。由于夹杂物的类型、数量及尺寸控制的稳定性大幅提高，满足了X70管线钢抗H2S腐蚀对夹杂物的苛刻要求。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法，钢板中非金属夹杂物为：CaS+CaO：85～90%，其它为：≤10%，无单相的Al2O3和MnS夹杂物；在200mm2的视场检测范围内：1-5μm的夹杂物≤1209个，5-10μm的夹杂物≤115个，10-20μm的夹杂物≤15个，20-30μm的夹杂物≤8个，30-50μm的夹杂物≤1个。
前述的X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法，转炉出钢结束后，采用ASPEX全自动扫描电镜进行200mm2的自动扫描检测，在200mm2的视场检测范围内：1-5μm的夹杂物≤1700个，5-10μm的夹杂物≤150个，10-20μm的夹杂物≤70个，20-30μm的夹杂物≤10个，30-50μm的夹杂物≤6个。
前述的X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法，钙处理结束后，在200mm2的视场检测范围内：1-5μm的夹杂物≤750个，5-10μm的夹杂物≤40个，10-20μm的夹杂物≤10个，20-30μm的夹杂物≤3个，30-50μm的夹杂物≤1个。
前述的X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法，铁水预处理强脱硫，严格要求扒渣操作，扒渣后铁水表面应无残渣，要求铁水[S]≤0.002%。
本发明的有益效果是：
㈠采用本发明的方法生产的X70级管线钢能够满足苛刻的A溶液检测。
㈡在钙处理的同时，钙还和钢中脱氧产物Al2O3反应生成CaO-Al2O3系夹杂物。由于部分大尺寸的CaO-Al2O3系夹杂物残留在钢中并被轧制成条串状的B类夹杂物，严重危害到高等级管线钢的抗HIC性能，这一类型夹杂物的控制成为抗HIC管线钢生产的难点。本发明刚通过优化冶炼工艺，将夹杂物控制为CaS+CaO类夹杂物，此类夹杂物尺寸小，在轧制过程中不容易变形，从而满足了X70级管线钢的抗HIC性能要求。
㈢采用本发明方法制造的X70钢板在A溶液(HIC试验A溶液采用的标准：NACE TM0284-2003 管道、压力容器抗氢致开裂钢性能评价的试验方法GB/T 8650-2006 管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法。)HIC试验中满足了HIC的各项指标（裂纹长度率≤15%、裂纹厚度率≤5%、裂纹敏感率≤2%。）要求。这就避免了大尺寸的长条状MnS和条串状的CaO-Al2O3系B类夹杂物对抗酸性管线钢的危害。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法，包括：
㈠铁水脱硫预处理，严格要求扒渣操作，扒渣后铁水表面应无残渣，要求铁水[S]≤0.002%，喷Mg强脱硫处理；
㈡保证转炉终点拉碳次数≤1次；转炉终点[S]≤0.008%，[P] ≤0.008%；转炉出钢预精炼：在出钢2/5之前完成渣料萤石、活性石灰、铝块与合金的加入；
㈢精炼过程中深脱硫，采用高碱度强还原性炉渣精炼，炉渣的碱度7，处理时间：40min，控制钢液中S含量≤15ppm；LF处理过程满足 [Als]在0.035%；在LF每一次的加料和正常搅拌过程中动态调整底吹流量在205Nl/min；
㈣对钢液进行真空处理，真空压力≤5mbar，处理时间为18min；
㈤真空处理后进行Ca处理，控制钢液中的Ca/S比值为1.2。
实施例2
本实施例提供的一种X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法，包括：
㈠铁水脱硫预处理，严格要求扒渣操作，扒渣后铁水表面应无残渣，要求铁水[S]≤0.002%，喷Mg强脱硫处理；
㈡保证转炉终点拉碳次数≤1次；转炉终点[S]≤0.008%，[P] ≤0.008%；转炉出钢预精炼：在出钢2/5之前完成渣料萤石、活性石灰、铝块与合金的加入；
㈢精炼过程中深脱硫，采用高碱度强还原性炉渣精炼，炉渣的碱度10，处理时间：50min，控制钢液中S含量≤15ppm；LF处理过程满足 [Als]在0.04%；在LF每一次的加料和正常搅拌过程中动态调整底吹流量在500Nl/min；
㈣对钢液进行真空处理，真空压力≤5mbar，处理时间为19min；
㈤真空处理后进行Ca处理，控制钢液中的Ca/S比值为3.0。
实施例3
本实施例提供的一种X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法，包括：
㈠铁水脱硫预处理，严格要求扒渣操作，扒渣后铁水表面应无残渣，要求铁水[S]≤0.002%，喷Mg强脱硫处理；
㈡保证转炉终点拉碳次数≤1次；转炉终点[S]≤0.008%，[P] ≤0.008%；转炉出钢预精炼：在出钢2/5之前完成渣料萤石、活性石灰、铝块与合金的加入；
㈢精炼过程中深脱硫，采用高碱度强还原性炉渣精炼，炉渣的碱度15，处理时间： 60min，控制钢液中S含量≤15ppm；LF处理过程满足 [Als]在0.055%；在LF每一次的加料和正常搅拌过程中动态调整底吹流量在950Nl/min；
㈣对钢液进行真空处理，真空压力≤5mbar，处理时间为20min；
㈤真空处理后进行Ca处理，控制钢液中的Ca/S比值为5.0。
实施例1
夹杂物组成
Figure 2012101697324100002DEST_PATH_IMAGE001
夹杂物尺寸与数量
Figure 166754DEST_PATH_IMAGE002
实施例2
夹杂物组成
Figure 2012101697324100002DEST_PATH_IMAGE003
夹杂物尺寸与数量
Figure 29625DEST_PATH_IMAGE004
实施例3
夹杂物组成
Figure 783954DEST_PATH_IMAGE006
夹杂物尺寸与数量
Figure 334016DEST_PATH_IMAGE008
HIC性能：
板宽四分之一处试样
Figure 2012101697324100002DEST_PATH_IMAGE009
板宽二分之一处试样
Figure 919718DEST_PATH_IMAGE010
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法，其特征在于：
㈠铁水脱硫预处理，喷Mg强脱硫处理；
㈡保证转炉终点拉碳次数≤1次；转炉终点[S]≤0.008%，[P] ≤0.008%；转炉出钢预精炼：在出钢2/5之前完成渣料萤石、活性石灰、铝块与合金的加入；转炉出钢结束后钢液中非金属夹杂物成分为：Al2O3+MnS：75～90%，MgO：0～10%，其它：≤5%；
㈢精炼过程中深脱硫，采用高碱度强还原性炉渣精炼，炉渣的碱度7～15，处理时间：40～60min，控制钢液中S含量≤15ppm；LF处理过程满足 [Als]在0.03～0.06%之间；在LF每一次的加料和正常搅拌过程中动态调整底吹流量在200～1000Nl/min之间；LF结束后，钢液中的非金属夹杂物成分为：CaO +Al2O3：75～90%，MgO：0～10%，其它：≤5%；
㈣对钢液进行真空处理，真空压力≤5mbar，处理时间为18～20min，抽真空结束后钢液中非金属夹杂物为：Al2O3：40～70%，CaO：20～60%，其它：≤10%；
㈤真空处理后进行Ca处理，控制钢液中的Ca/S比值为1.2～5.0；钙处理结束后钢液中非金属夹杂物为：CaS+CaO：85～95%，其它：≤10%，无单相的Al2O3和MnS夹杂物。
2.如权利要求1所述的X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法，其特征在于：所述钢板中非金属夹杂物为：CaS+CaO：85～90%，其它为：≤10%，无单相的Al2O3和MnS夹杂物；在200mm2的视场检测范围内：1-5μm的夹杂物≤1209个，5-10μm的夹杂物≤115个，10-20μm的夹杂物≤15个，20-30μm的夹杂物≤8个，30-50μm的夹杂物≤1个。
3.如权利要求1或2所述的X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法，其特征在于：转炉出钢结束后，采用ASPEX全自动扫描电镜进行200mm2的自动扫描检测，在200mm2的视场检测范围内：1-5μm的夹杂物≤1700个，5-10μm的夹杂物≤150个，10-20μm的夹杂物≤70个，20-30μm的夹杂物≤10个，30-50μm的夹杂物≤6个。
4.如权利要求1或2所述的X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法，其特征在于：钙处理结束后，在200mm2的视场检测范围内：1-5μm的夹杂物≤750个，5-10μm的夹杂物≤40个，10-20μm的夹杂物≤10个，20-30μm的夹杂物≤3个，30-50μm的夹杂物≤1个。
5.如权利要求1或2所述的X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法，其特征在于：所述的的铁水预处理强脱硫，严格要求扒渣操作，扒渣后铁水表面应无残渣，要求铁水[S]≤0.002%。
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