CN105483504A - -195℃超低温无缝钢管管坯钢的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属冶金领域，特别适用于-195℃超低温无缝钢管用管坯钢Gr.8的生产方法。本发明提供一种超低温无缝钢管管坯钢的生产方法，工艺流程包括：高阻抗超高功率电弧炉冶炼、LF精炼和VD真空处理，其中，电弧炉冶炼工序中：控制冶炼终点钢水C≤0.02％、P≤0.002％；在电炉出钢过程中进行预脱氧，控制钢水Al含量为0.09～1.4％；电弧炉出钢温度为1650～1670℃；LF精炼工序中，采用石灰和合成渣造渣，石灰和合成渣的总质量占钢水质量的1.4～2.0％；其中，石灰和合成渣的质量百分比为：石灰70～80％，合成渣20～30％，合成渣的成分为CaO？60～68％、Al2O3？15～20％、CaF2？10～15％、SiO2≤5％、MgO≤3％、S≤0.1％。利用本发明方法生产的超低温无缝钢管管坯钢钢质纯净度高，且该管坯钢可直接用于轧制无缝钢管，从而实现了批量生产。

Description

-195℃超低温无缝钢管管坯钢的生产方法
技术领域
本发明属冶金领域，特别适用于-195℃超低温无缝钢管用管坯钢Gr.8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，钢板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。
可见，以上这些方法都是用于生产超低温板材的，并且都是采用转炉长流程工艺线生产，对铁水进行了深脱硫预处理，保证钢质纯净度，生产周期长，成本高，竞争力差；生产的钢水都是浇注成板坯，经过锻制后或直接轧制成钢板，不能解决用连铸坯直接轧制无缝钢管的管坯问题。
发明内容
本发明针对上述缺陷，提供一种超低温无缝钢管管坯钢的生产方法，利用该方法生产的超低温无缝钢管管坯钢钢质纯净度高，且该管坯钢可直接用于轧制无缝钢管，从而实现批量生产。
本发明要解决的第一个技术问题提供超低温无缝钢管管坯钢的生产方法，工艺流程包括：高阻抗超高功率电弧炉冶炼、LF精炼和VD真空处理，其中，
电弧炉冶炼工序中：控制冶炼终点钢水碳≤0.02％、磷≤0.002％；在电炉出钢过程中进行预脱氧，控制钢水Al含量为0.09～1.4％；电弧炉出钢温度为1650～1670℃；
LF精炼工序中，采用石灰和合成渣造渣，石灰和合成渣的总质量占钢水质量的1.4～2.0％；其中，石灰和合成渣的质量百分比为：石灰70～80％，合成渣20～30％，合成渣的成分为CaO60～68％、Al2O315～20％、CaF210～15％、SiO2≤5％、MgO≤3％、S≤0.1％。
进一步，电弧炉冶炼工序中，采用废钢和生铁为原料，废钢占原料的60～70％，生铁占原料的30～40％。
进一步，电弧炉冶炼工序中，在钢包中加入合金总量的25～30％的Ni板进行合金化。
进一步，电弧炉冶炼工序中，采用偏心炉底出钢。
进一步，LF精炼工序中，控制钢包和电极钢水的增碳量小于0.02％。
进一步，LF精炼结束后，喂入0.20～0.25Kg/t钢的纯Ca线对夹杂物进行变性处理。
进一步，进行变性处理后，采用钢包底吹氩气对钢水进行静吹，静吹时间18分钟以上，吹氩强度使钢水不裸露即可。
进一步，VD真空处理工序中，控制真空度小于65Pa，保持时间大于20分钟，直至炉渣不再发泡时停止抽真空；然后利用钢包底吹氩对钢水进行静吹，静吹时间大于20分钟。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种超低温无缝钢管管坯钢，其采用上述超低温无缝钢管管坯钢的生产方法制得，其化学成分为：C0.05～0.08％、Si0.16～0.27％、Mn75～0.88％、P≤0.006％、S≤0.003％、Ni8.5～8.9％、Al0.02～0.04％、Mo≤0.02％、V≤0.01％、Ti≤0.01％、B≤0.0005％。
进一步，上述超低温无缝钢管管坯钢满足：H0.00004～0.00008％，O0.0010～0.0016％，N0.0035～0.0055％。
本发明要解决的第三个技术问题是提供超低温无缝钢管的生产方法，即采用管坯钢经圆坯连铸、连铸坯精整和轧管即可，其中，所述管坯钢为采用上述超低温无缝钢管管坯钢的生产方法制得的管坯钢。
进一步，上述超低温无缝钢管的生产方法中，所述管坯钢采用圆坯连铸机浇铸成规格连铸钢坯，在连铸过程中，采用大包长水口、长水口氩气密封、中间包双层覆盖剂、结晶器浸入式水口、结晶器保护渣进行全保护浇铸，连铸采用弱冷。
进一步，连铸圆坯，经过表面精整处理后直接用于轧管。
本发明的有益效果：
本发明提供一种-195℃超低温无缝钢管用Gr.8钢的生产方法，生产的超低温无缝钢管管坯钢钢质纯净度高，生产流程短，成本低，浇注的钢坯直接用于轧制无缝钢管，实现批量生产。解决了生产超低温无缝钢管用Gr.8钢需要进行铁水深脱硫预处理，生产流程长，成本高，用连铸板坯不能直接轧制无缝钢管的难题。本发明采用超高功率电弧炉、偏心炉底出钢、LF炉外精炼、VD真空处理、全保护圆坯连铸生产的Gr.8管坯钢，钢质纯净度高，气体含量低、有害元素P、S含量低，生产流程简单，可以进行批量生产，而且在保证产品质量的条件下，降低产品生产成本，使超低温钢Gr.8得到更加广泛的应用。
具体实施方式
本发明提供了上述超低温无缝钢管用管坯钢的生产方法，生产工艺流程：高阻抗超高功率电弧炉冶炼→LF精炼→VD真空处理→圆坯连铸，其中，
(1)电弧炉冶炼：采用废钢和生铁作原料，其中，废钢占60～70％，生铁占30～40％，用高阻抗超高功率电弧炉冶炼初炼钢水，利用超高功率电弧炉高碱度、低温、高氧化铁和炉壁集束氧枪吹氧脱碳的剧烈搅拌等特性，有效去除钢水中的有害元素磷、氢、氮气体和非金属夹杂物。控制电弧炉钢水终点碳≤0.02％和磷≤0.002％；在电炉出钢过程中对钢水进行深脱氧，加入Al球、CaBaAlSi进行预脱氧，控制钢水Al含量为0.09～1.4％，让初炼钢水形成的Al2O3夹杂物有充分的上浮时间，同时保证经过LF精炼、VD真空处理、连铸后管坯钢的Al含量达到0.020～0.040％，同时避免在LF精炼过程中加入Al氧化形成的Al2O3夹杂物没有充分的上浮时间，增加Ca处理后球状夹杂物含量；在钢包中加入合金总量的25～30％Ni板进行合金化；若碳含量高于0.02％，不能保证最终得到的超低温钢碳含量达到0.05～0.08％的要求，但为了避免钢水过氧化，必须控制电炉炉壁集束氧枪吹氧强度，以控制钢水碳含量低于0.02％即可；若磷大于0.002％，在LF精炼时因电炉出钢钢水带出的含磷炉渣的回磷和加入铁合金增加的磷，会使产品的磷含量达到超过0.006％，增加有害元素磷含量，影响钢的低温韧性。电弧炉出钢温度1650～1670℃，采用偏心炉底出钢(EBT)，防止电炉氧化渣进入LF精炼炉。
(2)LF精炼：钢水到LF精炼炉工位时，不加Al脱氧，采用70～80％石灰和20～30％合成渣造泡沫渣，采用大渣量操作，渣量占钢水重量的1.4～2.0％，采用大渣量防止LF精炼炉加热时电极氧化脱落的石墨碳进入钢水增加钢中碳含量，防止含碳17～20％的镁碳砖钢包渣线的碳进入钢液中，控制LF精炼过程钢包和电极钢水增碳量小于0.02％，保证产品C满足0.05～0.08％的要求；采用大渣量隔离空气，防止钢水吸气和二次氧化。实现LF精炼的快速脱硫、脱氧、去气、去夹杂，调整合金成分。
LF精炼结束后，用喂丝机喂入0.20～0.25Kg/t钢的纯Ca线对夹杂物进行变性处理，使钢水中的夹杂物变性为球形。Ca处理后，采用钢包底吹氩气对钢水进行静吹，静吹时间18分钟以上，吹氩强度使钢水不裸露即可，让钢水中的球状夹杂物有充分的上浮时间，提高钢质纯净度，降低球状夹杂物对低温冲击韧性的影响。如果喂入的纯Ca线少于0.20Kg/t钢，则不能使夹杂物完全变性，喂入的Ca线量大于0.25Kg/t钢，一是增加成本，二是喂Ca线量大时钢液沸腾剧烈，钢液面波动大导致钢水吸气，产生二次氧化。
(3)VD真空处理：将LF精炼钢水送到VD工位进行抽真空处理，在真空度小于65Pa以下，保持时间大于20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，静吹时间大于20分钟，让真空处理后夹杂物进一步上浮，提高钢质纯净度。
(4)圆坯连铸：采用圆坯连铸机将VD真空处理后的钢水浇铸成规格，在连铸过程中，采用大包长水口、长水口氩气密封、中间包双层覆盖剂、结晶器浸入式水口、结晶器保护渣进行全保护浇铸，解决钢水吸气和钢水二次氧化问题。采用大容量中间包(例如，容量为20吨)让夹杂物充分上浮；连铸采用弱冷，浇铸成的连铸圆坯可直接用于轧管。
本发明中，涉及百分含量的，除特别说明，均指质量百分含量。
本发明生产的Gr.8连铸圆管坯气体和有害元素含量为：H0.00004～0.00008％，O0.0010～0.0016％，N0.0035～0.0055％，有害元素P0.004～0.006％、S0.001～0.003％。
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1-3：
生产工艺流程：依次经过高阻抗超高功率电弧炉→LF精炼炉→VD真空处理→圆坯连铸；
(1)电炉采用废钢和生铁作原料，其中，废钢占60～70％，生铁占30～40％，用超高功率电弧炉冶炼初炼钢水，利用超高功率电弧炉高碱度、低温、高氧化铁和炉壁集束氧枪吹氧脱碳的剧烈搅拌等特性，有效去除钢水中的有害元素磷、氢、氮气体和非金属夹杂物；控制电弧炉钢水终点碳≤0.02％和磷≤0.002％，在电炉出钢过程中加入Al球、CaBaAlSi进行预脱氧，控制钢水Al含量为0.09～1.4％，加入合金总量的25～30％Ni板进行合金化。电弧炉出钢温度1650～1670℃，采用偏心炉底出钢(EBT)。
(2)钢水到LF精炼炉工位时，不加Al脱氧，采用70～80％的石灰和20～30％合成渣混合造泡沫渣，采用大渣量操作，渣量占钢水重量的1.4～2.0％，快速脱硫、脱氧、去气、去夹杂，调整合金成分。LF精炼结束后，用喂丝机喂入0.20～0.25Kg/t钢的纯Ca线对夹杂物进行变性处理，使钢水中的夹杂物变性为球形；Ca处理后，采用钢包底吹氩气对钢水进行静吹，静吹时间18分钟以上，吹氩强度使钢水不裸露，让钢水中的球状夹杂物有充分的上浮时间，提高钢质纯净度。
(3)将LF精炼钢水送到VD工位进行抽真空处理，在真空度小于65Pa以下，保持时间大于20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，静吹时间大于20分钟，让真空处理后的夹杂物进一步上浮去除，提高钢质纯净度。
(4)采用圆坯连铸机将VD真空处理后的钢水浇铸成规格的连铸圆坯，在连铸过程中，采用大包长水口、长水口氩气密封、中间包双层覆盖剂、结晶器浸入式水口、结晶器保护渣进行全保护浇铸，解决钢水吸气和钢水二次氧化问题；采用大容量中间包(例如，容量为20吨)让夹杂物充分上浮；连铸采用弱冷，浇铸成的连铸圆坯，经过表面精整处理后，连铸圆坯直接用于轧管。
采用上述工艺流程进行了三批次实验，分别记作样号1、样号2、样号3，最终所得管坯钢有害元素及气体检验结果如表1所示，非金属夹杂物(根据GB/T10561-2005)如表2；所得管坯钢的化学成分如表3所示。
表1管坯钢有害元素及气体检验结果
样号 P％ S％ H％ O％ N％
1 0.004 0.003 0.00004 0.0014 0.0035
2 0.005 0.001 0.00005 0.0010 0.0048
3 0.006 0.002 0.00008 0.0016 0.0055
表2管坯钢的非金属夹杂物检验结果
表3管坯钢的化学成分
样号 C％ Si％ Mn％ Ni％ Al％ Mo V Ti B
1 0.05 0.27 0.75 8.9 0.02 0.02 0.01 0.005 0.0005
2 0.07 0.22 0.82 8.7 0.03 0.008 0.003 0.01 0.0003
3 0.08 0.16 0.88 8.5 0.04 0.006 0.001 0.002 0.0002
从表1、表2气体和夹杂物检验结果看，采用本发明生产的超低温无缝钢管管坯钢Gr.8氢含量小于0.00008％、氧含量小于0.0016％，氮含量小于0.0055％，有害元素P含量小于0.006％，S含量小于0.003％，夹杂物A类小于0.5级、B类小于0.5级、C类小于0.5级、D类小于1.0级，完全满足-195℃超低温无缝钢管管坯钢高纯净度的冶金质量要求。

Claims (10)

1.-195℃超低温无缝钢管管坯钢的生产方法，工艺流程包括：高阻抗超高功率电弧炉冶炼、LF精炼和VD真空处理，其特征在于，
电弧炉冶炼工序中：控制冶炼终点钢水C≤0.02％、P≤0.002％；在电炉出钢过程中进行预脱氧，控制钢水Al含量为0.09～1.4％；电弧炉出钢温度为1650～1670℃；
LF精炼工序中，采用石灰和合成渣造渣，石灰和合成渣的总质量占钢水质量的1.4～2.0％；其中，石灰和合成渣的质量百分比为：石灰70～80％，合成渣20～30％，合成渣的成分为CaO60～68％、Al2O315～20％、CaF210～15％、SiO2≤5％、MgO≤3％、S≤0.1％。
2.根据权利要求1所述-195℃超低温无缝钢管管坯钢的生产方法，其特征在于，电弧炉冶炼工序中，采用废钢和生铁为原料，废钢占原料的60～70％，生铁占原料的30～40％。
3.根据权利要求1或2所述-195℃超低温无缝钢管管坯钢的生产方法，其特征在于，电弧炉冶炼工序中，在钢包中加入合金总量的25～30％的Ni板进行合金化。
4.根据权利要求1～3任一项所述-195℃超低温无缝钢管管坯钢的生产方法，其特征在于，LF精炼工序中，控制钢包和电极钢水的增碳量小于0.02％。
5.根据权利要求1～4任一项所述-195℃超低温无缝钢管管坯钢的生产方法，其特征在于，LF精炼结束后，喂入0.20～0.25Kg/t钢的纯Ca线对夹杂物进行变性处理；进一步，对夹杂物进行变性处理后，采用钢包底吹氩气对钢水进行静吹，静吹时间18分钟以上，吹氩强度使钢水不裸露即可。
6.根据权利要求1～5任一项所述-195℃超低温无缝钢管管坯钢的生产方法，其特征在于，VD真空处理工序中，控制真空度小于65Pa，保持时间大于20分钟，直至炉渣不再发泡时停止抽真空；然后利用钢包底吹氩对钢水进行静吹，静吹时间大于20分钟。
7.一种超低温无缝钢管管坯钢，其特征在于，采用权利要求1～6任一项所述-195℃超低温无缝钢管管坯钢的生产方法制得，其化学成分为：C0.05～0.08％、Si0.16～0.27％、Mn0.75～0.88％、P≤0.006％、S≤0.003％、Ni8.5～8.9％、Al0.02～0.04％、Mo≤0.02％、V≤0.01％、Ti≤0.01％、B≤0.0005％。
8.根据权利要求7所述超低温无缝钢管管坯钢，其特征在于，所述超低温无缝钢管管坯钢满足：H0.00004～0.00008％，O0.0010～0.0016％，N0.0035～0.0055％。
9.一种-195℃超低温无缝钢管的生产方法，采用管坯钢经圆坯连铸、连铸坯精整和轧管即可，其特征在于，所述管坯钢为权利要求7或8所述的管坯钢，或者为采用权利要求1～6任一项所述-195℃超低温无缝钢管管坯钢的生产方法制得的管坯钢。
10.根据权利要求9所述-195℃超低温无缝钢管的生产方法，其特征在于，所述-195℃超低温无缝钢管的生产方法中，所述管坯钢采用圆坯连铸机浇铸成φ200mm～φ430mm规格连铸钢坯，在连铸过程中，采用大包长水口、长水口氩气密封、中间包双层覆盖剂、结晶器浸入式水口、结晶器保护渣进行全保护浇铸，连铸采用弱冷；进一步，连铸圆坯，经过表面精整处理后直接用于轧管。
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