CN105458205B

CN105458205B - 高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法

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Publication number: CN105458205B
Application number: CN201510881497.7A
Authority: CN
Inventors: 黄国玖; 胡茂会; 贾宁波; 柏兵
Original assignee: Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2017-12-19
Anticipated expiration: 2035-12-03
Also published as: CN105458205A

Abstract

本发明公开了一种高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法，先精炼高镍钢Gr.8钢水，然后将该钢水在过热度10～20℃，浇注速度0.42～1.33m/min以及五段气雾冷却的连铸二冷制度条件下进行浇铸，并设置了连铸结晶器的电磁搅拌电流为100～200A，频率为2～2.5Hz，凝固末端的电磁搅拌电流为300～400A，频率为3～5Hz。本发明控制连铸中间包钢水过热度，连铸二冷区采用多段气雾冷却，并对各段冷却水量进行合理匹配，减少铸坯表面回温和铸坯表面温度梯度，提高铸坯拉矫前温度，改善连铸坯枝状组织、铸坯裂纹和缩孔缺陷，生产的连铸圆坯质量满足轧管要求，可直接用于轧制无缝钢管。

Description

高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法

技术领域

本发明的实施方式涉及冶金领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种适用于-195℃超低温用无缝钢管高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法。

背景技术

随着我国经济的高速发展，国内石油、化工等能源行业需要大量低温用钢来制造各种液化石油气、液氨、液氧、液氮的生产及存储设备。根据我国“十二五”规划，未来五年将优化石化能源的发展，加快油气资源的开发。这将给低温服役条件下能源生产及存储设备制造行业提供广阔的市场及发展机遇，同时也会促进耐低温材料的发展。由于低温管要求产品不仅具有高的强度，而且还要具备高的低温韧性，因此低温管对钢质纯净度要求很高，而且随着温度的降低对钢的纯净度要求更高。

目前生产的-196℃超低温钢都是用于板材生产，CN104674110发明专利提出一种压力容器用低温钢板及其生产方法，钢的制造方法采用真空冶炼→浇铸→锻压成坯→轧制板材；CN103498100发明专利提出一种可用于-196℃的低Ni高Mn经济型低温钢及其制造方法，钢的制造方法采用铁水深脱S→转炉→LF→RH→浇注板坯→轧制板材；CN102586683发明专利提出Ni系低温钢及制造方法、液化天然气储罐和运输船用船体，钢的制造方法采用高温低Si铁水→预处理脱S→转炉或电炉→LF→RH/VD→浇注板坯→轧制板材。

以上这些方法都是将冶炼的钢水浇铸成板坯，板坯可采用轻压下技术，改善铸坯内部质量，而且板坯周长比圆坯长，表面积大，不容易形成应力集中。但是板坯不能直接用于轧管，必须使用连铸圆坯或者轧制圆坯、锻造圆坯才能轧制无缝钢管，轧制圆坯受轧机的轧制能力影响，通常只能轧制以下的圆坯。无论是轧制圆坯，还是锻造圆坯，其生产圆坯的成材率低，成本高，周期长，市场竞争力差，导致浪费资源。

连铸圆坯是生产无缝钢管的主要管坯，常规品种是碳素钢、低合金钢和合金结构钢，合金元素少，对连铸机设备和二冷水制度要求不高。用于-195℃超低温无缝钢管钢Gr.8碳含量低，镍含量高，与圆坯连铸常用的品种如碳素钢、低合金钢和合金结构钢生产完全不同。由于镍对钢的导热和导电性能有强烈的影响，因此含镍钢种一般枝状组织比较严重，连铸工艺、电磁搅拌使用不当将无法消除铸坯枝状组织，同时还会产生严重的裂纹或缩孔缺陷，即使通过锻制加工也不容易消除带状组织，带状组织严重影响低温冲击韧性。因此常规的连铸工艺不能解决高镍钢连铸坯枝状组织、裂纹和缩孔的难题，必须进行专门的研究。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法，以期望通过控制钢水条件、连铸二冷制度与浇铸温度、浇铸速度、电磁搅拌参数，达到消除连铸坯枝状组织、铸坯裂纹和缩孔缺陷的目的。

为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：

一种高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法，包括以下步骤：

先将原料经电弧炉冶炼、LF精炼和VD真空处理，获得精炼的高镍钢Gr.8的钢水；

将所述钢水用连铸机浇铸铸坯，获得连铸圆坯，浇铸过程中需满足以下条件：

控制其过热度为10～20℃，浇注速度为0.42～1.33m/min；连铸二冷区的比水量为0.14～0.33L/kg，连铸二冷区分为5段，均采用气雾冷却，各段水量占有的质量比例分别为：第一段32％～34％，第二段17％～19％，第三段20％～22％，第四段15％～17％，第五段12％～14％；

在连铸结晶器和凝固末端均采用电磁搅拌，连铸结晶器的电磁搅拌电流为100～200A，频率为2～2.5Hz，凝固末端的电磁搅拌电流为300～400A，频率为3～5Hz。

上述高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法中，所述原料是质量比为100:25～30的废钢和生铁的混合物，所述废钢的化学成分以质量含量计满足：C 0.04％～0.50％，P≤0.030％，S≤0.025％，余量为Fe。

上述高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法中，所述高镍钢Gr.8的钢水的化学成分以质量含量计可以是：C 0.05％～0.08％、Si 0.16％～0.27％、Mn 0.75％～0.88％、P≤0.006％、S≤0.003％、Ni 8.5％～8.9％、Al 0.02％～0.04％、Mo≤0.02％、V≤0.01％、Ti≤0.01％、B≤0.0005％，余量为Fe。

上述高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法中，所述连铸圆坯的直径为

上述高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法中，所述连铸机为三机三流圆坯连铸机，其连铸钢包、中间包和连铸结晶器全程加保护套管隔绝空气，钢包与保护套管连接处采用氩气保护，连铸结晶器用浸入式水口。

上述高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法中，所述连铸结晶器使用低碳保护渣和低碳双层中间包覆盖剂，结晶器长度为800mm。所述低碳保护渣是C8.5％～15.5％、Si0₂25.0％～35.0％、CaO 26.5％～36.5％、Al₂O₃3.0％～9.0％的保护渣，低碳双层中间包覆盖剂是指碳含量≤2％、CaO≥45％、Si0₂≤8.0％、Al₂O₃≥35％的双层中间包覆盖剂。

上述高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法中，电弧炉优选使用超高功率电弧炉。

优选的，超高功率电弧炉为70吨高阻抗超高功率电弧炉。

下面对本发明的技术方案进行进一步的说明。

本发明制备的高镍钢Gr.8属于高镍钢，其液相线温度约为1484℃、固相线温度约为1448℃，而且高镍钢Gr.8的碳含量低，凝固收缩大，合金元素Ni高，钢的导热性差，铸坯枝状组织发达，铸坯凝固补缩不好，尤其是铸坯断面越大，补缩效果越差，铸坯中心容易形成缩孔。另外，合金元素含量高，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。改善铸坯缩孔和裂纹形成条件必须从钢水过热度、铸坯冷却、浇铸速度着手，避免应力的集中释放，形成铸坯缩孔、中心裂纹和表面裂纹。

本发明采用高阻抗超高功率电弧炉冶炼初炼钢水，去除钢中的磷及气体含量，确保钢水终点碳，防止钢水被过氧化；LF钢包精炼提高钢质纯净度，调整钢水合金元素含量达到标准要求；VD真空处理去气、去夹杂物；连铸控制钢水的过热度为10～20℃，连铸速度为0.42～1.33m/min，比水量为0.14～0.33L/kg，二冷区分5段气雾冷却，各段水量(质量)百分比分别为：第一段水量占32～34％、第二段水量占17～19％、第三段水量占20～22％、第四段水量占15～17％、第五段水量占12～14％。使钢水过热度小，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温度反复变化而发生多次相变，导致铸坯枝状组织发达，产生缩孔和裂纹缺陷。

连铸结晶器电磁搅拌电流100～200A、频率2～2.5Hz，凝固末端电磁搅拌电流300～400A、频率3～5Hz，改善铸坯凝固组织结构。如果连铸结晶器电磁搅拌电流大于200A、频率大于2.5Hz，铸坯直径的1/4与3/4点会出现严重的碳正偏析，影响产品的低温冲击韧性；如果连铸结晶器电磁搅拌电流小于100A、频率小于2Hz，不能发挥电磁搅拌的作用，不能提高铸坯表面质量和钢质纯净度。如果凝固末端电磁搅拌电流大于400A、频率大于5Hz，在铸坯直径1/4～3/4之间会形成白亮带，即碳的负偏析，影响产品的力学性能；如果凝固末端电磁搅拌电流小于300A、频率小于3Hz，电磁力搅不动铸坯中心未凝固的钢液，不能改善铸坯中心的微观偏析，影响产品的组织均匀性。

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雾冷却，促使铸坯快速完全凝固，随着铸坯壳厚度的增加，导热速度减慢，二次冷却制度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。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明控制连铸中间包钢水过热度，连铸二冷区采用多段气雾冷却，并对各段冷却水量进行合理匹配，减少铸坯表面回温和铸坯表面温度梯度，提高铸坯拉矫前温度，防止铸坯热应力增加和铸坯表面温度反复变化，使铸坯组织发生多次相变，导致铸坯枝状组织发达、铸坯产生裂纹、缩孔缺陷，；本发明控制结晶器电磁搅拌和凝固末端电磁搅拌的电流、频率，并进行了合理匹配，提高连铸坯的内部质量，改善了铸坯的凝固组织，生产的连铸圆坯质量满足轧管要求，可直接用于轧制无缝钢管，缩短了生产周期，降低了成本，增强了产品市场竞争力。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

Gr.8生产工艺流程：原料→70吨高阻抗超高功率电弧炉→LF精炼炉→VD真空处理→圆坯连铸→铸坯缓冷→铸坯表面清理→铸坯轧管。

实施例1

70吨高阻抗超高功率电弧炉采用优质废钢和生铁作原料，废钢的化学成分为C0.04％～0.50％，P≤0.030％，S≤0.025％，余量为Fe；生铁为总炉料重量的30％，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气、氮气。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。电弧炉初炼钢水成分：C 0.02％、P 0.002％、S 0.020％、Fe为余量，出钢温度1650℃；电炉出钢采用无渣出钢，出钢过程加入Al球、CaBaAlSi进行预脱氧，控制钢水Al含量为0.09％，让初炼钢水形成的Al₂O₃夹杂物有充分的上浮时间。

初炼钢水到LF精炼炉，不加Al脱氧，采用70％石灰和30％合成渣造泡沫渣，采用大渣量操作，渣量占钢水重量的2.0％，控制LF精炼炉过程的增碳量、快速脱硫、脱氧、去气、去夹杂，根据生产所需的最终产品各元素含量分批加入硅铁、锰铁、镍板铁等合金调整合金成分。LF精炼结束后，用喂丝机喂入0.20kg/t钢的Ca线对夹杂物进行变性处理，出钢温度1660℃。

精炼钢水到VD炉进行真空处理，在真空度为65Pa以下，保持时间18分钟，直至炉渣不再发泡时停止抽真空，打开真空盖，利用钢包底吹氩对钢水进行静吹，静吹时间30分钟，让真空处理后夹杂物进一步上浮，提高钢质纯净度。出罐温度1580℃。

上述精炼获得钢水具有以下成分：C0.05％、Si 0.16％、Mn0.75％、P 0.006％、S0.002％、Ni 8.9％、Al 0.02％、Mo 0.006％、V 0.005％、Ti 0.005％、B 0.0003％。

精炼好的钢水送到三机三流圆坯连铸机浇铸铸坯，流间距1700mm；20吨中间包，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；结晶器长度800mm，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；连铸结晶器电磁搅拌电流200A、频率2.5Hz，凝固末端电磁搅拌电流300A、频率5Hz。钢水过热度△t＝20℃，连铸二冷比水量为0.33L/kg，二冷区分五段气雾冷却，各段水量百分比分别为：第一段34％、第二段19％、第三段20％、第四段15％、第五段12％，浇铸速度1.33m/min。所得铸坯低倍评级结果见表1，本发明中，低倍评级依据中华人民共和国黑色冶金行业标准YB/T4149-2006连铸圆管坯标准进行测定。其中，技术要求值指满足超低温无缝钢管轧制管坯的质量要求。

表1铸坯低倍评级

从表1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、缩孔和铸坯表面裂纹，完全满足超低温无缝钢管Gr.8轧制管坯的质量要求。

实施例2

70吨高阻抗超高功率电弧炉采用优质废钢和生铁作原料，废钢的化学成分为C0.04％～0.50％，P≤0.030％，S≤0.025％，余量为Fe；生铁为总炉料重量的25％，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。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 0.03％、P 0.003％、S 0.015％、Fe为余量，出钢温度1670℃；电炉出钢采用无渣出钢，出钢过程加入Al球、CaBaAlSi复合脱氧剂进行预脱氧，控制钢水Al含量为0.14％，让初炼钢水形成的Al₂O₃夹杂物有充分的上浮时间。

初炼钢水到LF精炼炉，不加Al脱氧，采用80％石灰和20％合成渣造泡沫渣，采用大渣量操作，渣量占钢水重量的1.4％，控制LF精炼炉过程的增碳量、快速脱硫、脱氧、去气、去夹杂，根据生产所需的最终产品各元素含量分批加入硅铁、锰铁、镍板铁等合金调整合金成分。LF精炼结束后，用喂丝机喂入0.25Kg/t钢的纯Ca线对夹杂物进行变性处理，出钢温度1650℃。

精炼钢水到VD炉进行真空处理，真空度在65Pa以下，保持时间25分钟，直至炉渣不再发泡时停止抽真空，打开真空盖，利用钢包底吹氩对钢水进行静吹，静吹时间20分钟，让真空处理后夹杂物进一步上浮，提高钢质纯净度。出罐温度1570℃。

上述精炼获得钢水具有以下成分：C0.08％、Si 0.27％、Mn0.88％、P 0.004％、S0.001％、Ni 8.5％、Al 0.04％、Mo 0.02％、V 0.01％、Ti 0.01％、B 0.0005％。

精炼好的钢水送到三机三流圆坯连铸机浇铸铸坯，流间距1700mm；20吨中间包，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；结晶器长度800mm，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；连铸结晶器电磁搅拌电流100A、频率2Hz，凝固末端电磁搅拌电流400A、频率3Hz。钢水过热度△t＝10℃，连铸二冷比水量为0.14L/kg，二冷区分五段气雾冷却，各段水量百分比分别为：第一段32％、第二段17％、第三段22％、第四段16％、第五段13％，浇铸速度0.42m/min。所得铸坯低倍评级结果见表2，本发明中，低倍评级依据中华人民共和国黑色冶金行业标准YB/T4149-2006连铸圆管坯标准进行测定。其中，技术要求值指满足超低温无缝钢管轧制管坯的质量要求。

表2铸坯低倍评级

从表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、缩孔和铸坯表面裂纹，一般疏松、中心疏松为0.5级，完全满足超低温无缝钢管Gr.8轧制管坯的质量要求。

众所周知，对于不同钢种，其连铸工艺和电磁搅拌工艺也完全不同，本发明通过创造性劳动探索出了适用于超低温无缝钢管用圆坯的连铸方法，发现了连铸过程中过热度、拉速、二冷比水量以及各段水量百分比之间存在着适当的配比关系，结晶器和凝固末端电磁搅拌电流与频率的匹配关系，按照符合本发明的配比关系的方法进行圆坯连铸，可以生产出缩孔、中心裂纹、中间裂纹为0级，一般疏松、中心疏松为0.5级的圆连铸坯，采用本发明方法生产的铸坯质量完全符合用于超低温无缝钢管Gr.8轧制圆管坯的质量要求。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims

1.一种高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法，其特征在于所述连铸圆坯的直径为220～388mm。

3.根据权利要求1所述的高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法，其特征在于所述连铸机为三机三流圆坯连铸机，其连铸钢包、中间包和连铸结晶器全程加保护套管隔绝空气，钢包与保护套管连接处采用氩气保护，连铸结晶器用浸入式水口。

4.根据权利要求1所述的高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法，其特征在于所述连铸结晶器使用低碳保护渣和低碳双层中间包覆盖剂，结晶器长度为800mm。