CN104498663A - 一种抗氢致开裂容器钢的冶炼工艺 - Google Patents

一种抗氢致开裂容器钢的冶炼工艺 Download PDF

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Abstract

一种抗氢致开裂容器钢的冶炼工艺，属于炼钢技术领域。工艺路线为：铁水预处理—转炉冶炼—钢包炉精炼—RH真空精炼—连铸。工艺特点为：通过冶炼过程中各个环节控制，成功实现了影响容器钢抗氢致开裂性能的关键因素控制，最终产品：碳含量稳定控制在目标碳含量±0.01％；超低硫[S]≤0.0010％；低氢含量[H]≤1.5ppm；各类夹杂物评级控制≤0.5；连铸坯中心偏析级别≤C类1.0。本发明的优点：实现了抗氢致开裂容器钢冶炼，碳含量稳定控制在目标碳含量±0.01％；超低硫[S]≤0.0010％；低氢含量[H]≤1.5ppm；各类夹杂物评级控制≤0.5；连铸坯中心偏析级别≤C类1.0；采用此铸坯轧制的钢板，用NACE标准抗氢致开裂性能检测合格，实现了抗氢致开裂容器钢的工业化、批量、稳定生产。

Description

一种抗氢致开裂容器钢的冶炼工艺
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，特别是涉及一种抗氢致开裂容器钢的冶炼工艺，尤其是冶炼中碳、超低硫、低氢含量和良好连铸坯质量容器钢时满足抗氢致开裂的要求。
背景技术
随着国内石油和天然气工业的发展，油气存储用容器钢用量日益增多，而硫化氢在石油和天然气中普遍存在，因此容器钢在硫化氢使用环境下易发生氢致开裂(HIC)的破坏形式。容器钢的氢致开裂是存储油气中因腐蚀而生成的氢原子渗入钢中，并在局部聚集，如夹杂物或晶界等处聚集形成氢爆破，从而萌生裂纹，当钢中组织不均匀时，裂纹易沿着带状组织进行扩展，形成大尺寸裂纹，从而导致容器板氢致开裂。
在服役条件下，为保证容器钢使用安全性，除具备常规使用性能之外，容器钢还需具备抗氢致开裂的性能，因此在容器钢的生产过程中对冶炼环节提出了要求，高的洁净度，低的磷、硫和氢等杂质元素含量的控制，夹杂物的数量和尺寸的控制；同时容器钢为保证强度性能，采用0.10％-0.20％碳含量和添加锰合金的成分设计体系，钢的中心偏析控制也显得极为重要。
申请号为CN201210055848的中国专利公开了一种抗氢致开裂压力容器用钢及其制造方法，该发明主要是针对采用模铸工艺生产容器板的方法，侧重于说明淬火加回火的调质热处理工艺，对于满足抗氢致开裂性能的洁净度、夹杂物和中心偏析等要求，没有提出相应的冶炼工艺控制措施，只是单一的提出了成分要求，并且只是针对采用模铸生产的容器钢的方法，模铸生产效率低，远不能满足现代工艺批量生产的需求，而对于目前炼钢工艺技术，普遍采用连铸工艺技术。
申请号为CN201410111774的中国专利公开了一种500MPa级抗硫化物应力腐蚀开裂的压力容器用钢板及其生产方法，该发明主要针对抗腐蚀开裂的压力容器的轧制控制工艺，满足抗氢致开裂性能的容器板主要是通过控制轧制过程中的二次相，对于其它导致应力腐蚀开裂的因素控制工艺并未提及，未对钢中的夹杂物控制效果和氢含量提出明确要求。
通过对国内抗氢致开裂容器钢的相关专利检索可知，目前抗氢致开裂(HIC)容器钢的专利只是提出了成分设计，并且主要是针对模铸、轧制和热处理过程中工艺技术控制，而对于容器钢抗氢致开裂性能控制的冶炼工艺技术措施，如成分控制、夹杂物控制，连铸坯质量控制技术等并没用明确的要求，因此，目前的相关专利对抗氢致开裂容器钢的生产都有一定的局限性。
基于以上原因，本专利提出了一种抗氢致开裂容器钢的冶炼工艺，满足了抗氢致开裂容器钢的工业化、批量生产，经检索未找到与该工艺相关的专利。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗氢致开裂容器钢的冶炼工艺，工艺路线为：铁水预处理—转炉冶炼—钢包炉精炼—RH真空精炼—连铸，通过控制冶炼过程中各个环节的工艺参数，成功实现了影响容器钢抗氢致开裂性能的关键因素控制：碳含量稳定控制在目标碳含量±0.01％；超低硫[S]≤0.0010％；低氢含量[H]≤1.5ppm；各类夹杂物评级控制≤0.5；连铸坯中心偏析级别≤C类1.0；采用此连铸坯生产的容器钢满足了产品的各项性能要求，尤其是抗氢致开裂性能的要求。
本发明解决问题所采用的技术方案是：
采用的工艺路线为：铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空精炼—连铸，在工艺中控制的技术参数如下：
(1)碳含量控制：转炉终点碳含量0.06％-0.08％；LF精炼过程的增碳量控制在≤0.02％，成品碳含量控制在目标碳含量±0.01％；
(2)硫含量控制：铁水预处理后铁水中的[S]≤0.0050％；转炉冶炼采用优质废钢和辅料，控制废钢硫含量≤0.0050％，转炉造渣料白灰硫含量≤0.05％，转炉终点的硫含量[S]≤0.0080％；LF炉精炼控制炉渣氧化性(FeO+MnO)＝0.5％-1.0％，炉渣碱度(CaO)/(SiO2)＝5.0～8.0，炉渣加入量10～15kg/t钢，精炼结束钢中的硫含量≤0.0010％。
(3)氢含量控制：控制LF精炼渣水分含量≤0.3％；RH真空精炼控制在≤100Pa深真空条件下的处理时间15-25min，真空精炼结束钢中氢含量≤1.5ppm。
(4)夹杂物控制：LF炉精炼控制有效精炼时间15-30min，终渣成分控制CaO含量45-55％、SiO2含量5-8％、Al2O3含量25-30％；RH真空精炼后进行软吹，时间控制10-15min。
(5)连铸坯质量控制：控制钢中Ca/S＝1.5-3.0；连铸过程过热度控制在10-20℃，采用动态轻压下工艺，压下量控制在5.5-8mm。
本发明的优点是：采用本工艺实现抗氢致开裂容器钢的碳含量稳定控制、超低硫、低氢含量和良好连铸坯质量的要求：碳含量稳定控制在目标碳含量±0.01％；超低硫[S]≤0.0010％；低氢含量[H]≤1.5ppm；各类夹杂物评级控制≤0.5；连铸坯中心偏析级别≤C类1.0；采用此铸坯轧制的钢板，用NACE标准抗氢致开裂性能检测合格，实现了抗氢致开裂容器钢的工业化、批量、稳定生产。
具体实施方式
实施例1：
钢种Q245RHIC，采用的工艺路线为：铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空精炼—连铸。
(1)碳含量控制：转炉终点碳含量0.06％；LF精炼过程的增碳量控制在0.020％，成品碳含量为0.13％。
(2)硫含量控制：铁水预处理后铁水中的[S]为0.0050％；转炉冶炼采用优质废钢和辅料，控制废钢硫含量0.0040％，转炉造渣料白灰硫含量0.05％，转炉终点的硫含量[S]为0.0080％；LF炉精炼控制炉渣氧化性(FeO+MnO)为1.0％，炉渣碱度(CaO)/(SiO2)＝6.0，炉渣加入量15kg/t钢，精炼结束钢中的硫含量0.0010％。
(3)氢含量控制：控制LF精炼渣水分含量0.3％；RH真空精炼控制在100Pa深真空条件下的处理时间15min，真空精炼结束钢中氢含量为1.5ppm。
(4)夹杂物控制：LF炉精炼控制有效精炼时间20min，终渣成分控制CaO含量48％、SiO2含量8％、Al2O3含量30％；RH真空精炼后进行软吹，时间控制10min。
(5)连铸坯质量控制：控制钢中Ca/S为1.5；连铸过程过热度控制在15℃，采用动态轻压下工艺，压下量控制在5.8mm。
采用本工艺实现抗氢致开裂容器钢的碳含量控制、超低硫、低氢含量和良好连铸坯质量的要求：碳含量稳定控制在0.13％；超低硫[S]为0.0010％；低氢含量[H]为1.5ppm；各类夹杂物评级控制为≤0.5；连铸坯中心偏析级别为C类0.5；采用此铸坯轧制的钢板，用NACE标准抗氢致开裂性能检测合格，实现了抗氢致开裂容器钢的工业化、稳定生产。
实施例2：
钢种Q345RHIC，采用的工艺路线为：铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空精炼—连铸。
(1)碳含量控制：转炉终点碳含量0.08％；LF精炼过程的增碳量控制在0.02％，成品碳含量为0.16％。
(2)硫含量控制：铁水预处理后铁水中的[S]为0.0040％；转炉冶炼采用优质废钢和辅料，控制废钢硫含量0.0030％，转炉造渣料白灰硫含量0.05％，转炉终点的硫含量为0.0060％；LF炉精炼控制炉渣氧化性(FeO+MnO)为0.6％，炉渣碱度(CaO)/(SiO2)＝8.0，炉渣加入量12kg/t钢，精炼结束钢中的硫含量0.0008％。
(3)氢含量控制：控制LF精炼渣水分含量0.3％；RH真空精炼控制在100Pa深真空条件下的处理时间25min，真空精炼结束钢中氢含量为1.2ppm。
(4)夹杂物控制：LF炉精炼控制有效精炼时间25min，终渣成分控制CaO含量56％、SiO2含量7％、Al2O3含量30％；RH真空精炼后进行软吹，时间控制15min。
(5)连铸坯质量控制：控制钢中Ca/S为2.5；连铸过程过热度控制在20℃，采用动态轻压下工艺，压下量控制在7.0mm。
采用本工艺实现抗氢致开裂容器钢的碳含量控制、超低硫、低氢含量和良好连铸坯质量的要求：碳含量稳定控制在0.16％；超低硫[S]为0.0008％；低氢含量[H]为1.2ppm；各类夹杂物评级控制为≤0.5；连铸坯中心偏析级别为C类1.0；采用此铸坯轧制的钢板，用NACE标准抗氢致开裂性能检测合格，实现了抗氢致开裂容器钢的工业化、稳定生产。

Claims (1)

1.一种抗氢致开裂容器钢的冶炼工艺，工艺路线为：铁水预处理—转炉冶炼—钢包炉精炼—RH真空精炼—连铸，其特征在于，工艺中控制的技术参数为：
(1)碳含量控制：转炉终点碳含量0.06％-0.08％；LF精炼过程的增碳量控制在≤0.02％，成品碳含量控制在目标碳含量±0.01％；
(2)硫含量控制：铁水预处理后铁水中的[S]≤0.0050％；转炉冶炼采用优质废钢和辅料，控制废钢硫含量≤0.0050％，转炉造渣料白灰硫含量≤0.05％，转炉终点的硫含量[S]≤0.0080％；LF炉精炼控制炉渣氧化性(FeO+MnO)＝0.5％-1.0％，炉渣碱度(CaO)/(SiO2)＝5.0～8.0，炉渣加入量10～15kg/t钢，精炼结束钢中的硫含量≤0.0010％；
(3)氢含量控制：控制LF精炼渣水分含量≤0.3％；RH真空精炼控制在≤100Pa深真空条件下的处理时间15-25min，真空精炼结束钢中氢含量≤1.5ppm；
(4)夹杂物控制：LF炉精炼控制有效精炼时间15-30min，终渣成分控制CaO含量45-55％、SiO2含量5-8％、Al2O3含量25-30％；RH真空精炼后进行软吹，时间控制10-15min；
(5)连铸坯质量控制：控制钢中Ca/S＝1.5-3.0；连铸过程过热度控制在10-20℃，采用动态轻压下工艺，压下量控制在5.5-8mm；
实现了碳含量稳定控制在目标碳含量±0.01％；超低硫[S]≤0.0010％；低氢含量[H]≤1.5ppm；各类夹杂物评级控制≤0.5；连铸坯中心偏析级别≤C类1.0。
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