CN105506221A

CN105506221A - 一种管线钢的钙处理方法

Info

Publication number: CN105506221A
Application number: CN201410499661.3A
Authority: CN
Inventors: 胡汉涛; 马志刚; 吴雄; 杨健; 徐国栋; 王睿之; 王国栋; 王俊凯
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2034-09-25
Also published as: CN105506221B

Abstract

本发明涉及一种管线钢的钙处理方法，其包含以下步骤：(1)将铁水脱硫后兑入转炉进行冶炼，转炉出钢；(2)将步骤(1)转炉出钢后的钢液依次进行LF造渣精炼，RH炉真空精炼；(3)调整成分，控制钢液和钢包顶渣成分；(4)喂钙线，软吹搅拌；(5)连铸。使用本发明的钙处理方法，将钢液中存在的固相Al₂O₃转化为液态形式，利于其排除钢液，减少水口结瘤物的产生，降低或抑制钢液中大型夹杂物的生成，提高成品品质。

Description

一种管线钢的钙处理方法

技术领域

本发明涉及冶金工业中的炼钢工艺技术，尤其涉及一种管线钢的钙处理方法。

背景技术

随着油气开发和运输的环境呈恶化的趋势，对管线钢具备远距离输送安全性和经济性的要求也越来越高，不仅需要管线钢具有高强度、高低温止裂韧性及良好的焊接性，对特殊地区的管线钢还要求有抗H₂S腐蚀能力和抗大应变能力。在特殊环境中，导致管线钢失效的主要质量问题是氢致开裂(HIC)和硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)。提高管线钢抗HIC和抗SSCC能力，必须尽可能降低钢中夹杂物含量，控制好夹杂物形态，尤其是钢中的脆性夹杂Al₂O₃和塑性夹杂MnS的控制。现阶段，部分高等级管线钢对钢中夹杂物评级要求极其苛刻，B类细系夹杂要求≤1.0级，其他类夹杂物≤0.5级，对炼钢工序构成了极大的挑战。对钢液进行Ca处理是达到这一目标极其重要的一个方面。

现有的钢液Ca处理工艺包括两个方面：1)加入工艺。涵盖加入工序位置、加入方式、加入速度等；2)加入量。一般以经验方法确认，常见的有两种，一种是通过钢液中的Ca/Al或Ca/S来确定，另一种通过Ca/O来确定。如何确认钙加入量，从而抑制钢液中杂物的生成，提高钢的品质抑制是困扰本领域技术人员的难题之一。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种新的管线钢的钙处理方法，以期解决管线钢钙处理时钙加入量确认的难题，为管线钢的纯净化生产提供有力的保障。具体要点为：在尽可能去除钢液中氧化物夹杂尤其是大型氧化物夹杂和钢液中硫含量的基础上，依据钢液脱氧和脱硫反应的热力学理论，以钢液中的总氧和硫含量为标准，向钢液中加入一定量的Ca，将钢液中存在的固相Al₂O₃转化为液态形式，利于其排除钢液，减少水口结瘤物的产生，降低或抑制钢液中大型夹杂物的生成，提高成品品质。

在管线钢Ca处理时，其直接目的是将钢液中固相Al₂O₃转化为液相，最终实现钢液的洁净化。由于Ca的化学活性非常高，任何可能的氧源都需要尽量抑制。为此，本发明要求主要氧源之一的钢包顶渣需尽可能脱氧，具体指标为(wt％FeO)+(wt％MnO)≤1.2，以提高Ca的利用率，减少额外生成的氧化物污染钢液。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种管线钢的钙处理方法，其包含以下步骤：

(1)将铁水脱硫后兑入转炉进行冶炼，转炉出钢；

(2)将步骤(1)转炉出钢后的钢液依次进行LF造渣精炼，RH炉真空精炼；

(3)调整成分，控制钢液和钢包顶渣成分；

(4)喂钙线，软吹搅拌；

(5)连铸。

优选的，步骤(3)中，调整成分后，钢包顶渣的组成中CaO(wt％)/Al₂O₃(wt％)＝1.6～1.7，CaO(wt％)+Al₂O₃(wt％)＝80～90％。本发明中所有的wt％为重量百分比，即CaO的重量百分比与Al₂O₃重量百分比的比值为1.6～1.7；CaO的重量百分比与Al₂O₃重量百分比的总和为80～90％。

步骤(3)中，调整成分后，钢液主要成分(wt％)为：[C]0.03～0.1，[Si]0.2～0.5，[Mn]0.8～2.0，[Al]0.02～0.06，[P]0.01～0.015，[S]≤0.003。

钢液中存在的Al₂O₃夹杂和生成的液相复合夹杂，随着钢液的流动，不断地排除到钢包顶渣和钢液界面，部分吸附和溶解于顶渣中，为钢包顶渣所吸收，部分再次回到钢液中，本发明中步骤(3)调整成分后得到前述的钢包顶渣的组成，可以有效提高钢包顶渣对上浮夹杂的吸附和溶解能力。

优选的，步骤(4)中，全程钢包底部吹氩气搅拌：喂钙线过程中，氩气流量为6.67-33.33Nl/h·t钢，喂钙线后软吹搅拌过程中，氩气流量为16.67-50Nl/h·t钢；喂钙线后软吹搅拌的时间优选为5-20min。

优选的，步骤(4)中喂入Ca的量控制在下述范围内(W_Ca，min～W_Ca，max)：

W_Ca，min＝(26.53*T[O]+15.82*[S]-79.58)/100，

W_Ca，max＝(40.67*T[O]+28.39*[S]+79.58)/100，

其中，W的单位为kg/100t钢，T[O]和[S]的单位为ppm。

Ca处理时，与生成最终夹杂物相关的化学反应可以表示如下：

2[Ca]+[S]＝(CaS)_(s)(1)

x[Ca]+y(Al₂O₃)＝(xCaO·zAl₂O₃)+2(y-z)[Al](2)

对于钢液中的硫而言，含量过高，在钢液凝固过程中会生成大量的MnS夹杂，极易导致A类夹杂评级不合。此时进行Ca处理，钢液中容易生产高熔点的CaS夹杂，同样不利于钢材性能的提高。为减少或避免CaS的生成，本发明要求钢液中的硫[S]≤30ppm。

优选的，步骤(4)钙线的直径为10-20mm，喂钙线的速度为200～300m/min。

本发明的钙处理方法，适用于管线钢类产品。关于Ca的加入方式，针对高等级管线钢成本质量最优的生产工艺路径：转炉-LF炉-RH炉-连铸，本发明摸索出喂入钙线的最佳时机是在RH炉后，此时钢液中夹杂物去除相对较彻底，钢液中总氧较低，且操作便利性好。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)Ca处理后钢液中总氧含量约有15-20％的降低；

(2)钢液无单独存在的Al₂O₃颗粒，亦无单独存在的CaO颗粒，绝大部分夹杂物以xCaO·yAl₂O₃或xCaO·yAl₂O₃·zCaS的形式存在；

(3)热轧后B类夹杂物评级水平显著改善，B类细系≤1.0级的合格率从平均90％提高至96％；

(4)UOE焊管类产品焊缝处探伤表明，夹杂类缺陷发生率从0.52％降低至0.35％。

综上，本发明的管线钢钙处理方法应用于管线钢精炼过程，能够降低钢液中的总氧含量，精确地控制钢液中夹杂物的种类，显著地改善管线钢的产品质量。为高等级管线钢的生产提供可靠的保障。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例1-4中的高等级管线钢所采用的冶炼工艺路径为：

(1)将铁水脱硫后兑入转炉进行冶炼，转炉出钢；

(3)调整成分，控制钢液和钢包顶渣成分；

(4)喂钙线，软吹搅拌；

(5)连铸。

实施例中仅重点描述步骤(3)和步骤(4)，其他步骤所涉及的技术手段与现有技术中完全相同。

实施例1

RH炉真空精炼后，调整成分，钢包内钢液总氧为30ppm，硫含量为18ppm，钢包顶渣主要成分为：SiO₂(wt％)＝4.21％，CaO(wt％)＝55.5％，Al₂O₃(wt％)＝33.16％，FeO(wt％)+MnO(wt％)＝0.59％。钢包转移至加钙工位，钢包底吹气，喂钙线。钢包底吹氩气的流量：喂线过程为23.33Nl/h·t钢，软吹过程为24.15Nl/h·t钢。Nl/h·t钢，钙线直径为16mm，喂入速度为248m/min。钙线喂入结束，继续底吹气10min。喂入量折合纯钙为10kg/100t钢。分析表明：中间包钢液总氧为14ppm，钢液无单独存在的Al₂O₃颗粒，亦无单独存在的CaO颗粒，绝大部分夹杂物以xCaO·yAl₂O₃或xCaO·yAl₂O₃·zCaS的形式存在，其中CaO(wt％)/Al₂O₃(wt％)的统计平均值为0.42，热轧后B类夹杂物细系为1.0级，UOE探伤完全合格。

实施例2

RH炉真空精炼后，调整成分，钢包内钢液总氧为25ppm，硫含量为17ppm，钢包顶渣主要成分为：SiO₂(wt％)＝5.33％，CaO(wt％)＝51.5％，Al₂O₃(wt％)＝36.16％，FeO(wt％)+MnO(wt％)＝1.01％。钢包转移至加钙工位，钢包底吹气，喂钙线。底吹气流量：喂线过程为22.63Nl/h·t钢，软吹过程为24.70Nl/h·t钢。Nl/h·t钢，钙线直径为16mm，喂入速度为255m/min。钙线喂入结束，继续底吹气8min。喂入量折合纯钙为9kg/100t钢。分析表明：中间包钢液总氧为13ppm，钢液无单独存在的Al₂O₃颗粒，亦无单独存在的CaO颗粒，绝大部分夹杂物以xCaO·yAl₂O₃或xCaO·yAl₂O₃·zCaS的形式存在，其中(wt％CaO)/(wt％Al₂O₃)的统计平均值为0.44，热轧后B类夹杂物细系为0.5级，UOE探伤完全合格。

实施例3

RH炉真空精炼后，调整成分，钢包内钢液总氧为35ppm，硫含量为16ppm，钢包顶渣主要成分为：SiO₂(wt％)＝4.61％，CaO(wt％)＝52.5％，Al₂O₃(wt％)＝34.16％，FeO(wt％)+MnO(wt％)＝0.95％。钢包转移至加钙工位，钢包底吹气，喂钙线。底吹气流量：喂线过程为24.44Nl/h·t钢，软吹过程为26.10Nl/h·t钢，钙线直径为16mm，喂入速度为250m/min。钙线喂入结束，继续底吹气12min。喂入量折合纯钙为12kg/100t钢。分析表明：中间包钢液总氧为14ppm，钢液无单独存在的Al₂O₃颗粒，亦无单独存在的CaO颗粒，绝大部分夹杂物以xCaO·yAl₂O₃或xCaO·yAl₂O₃·zCaS的形式存在，其中(wt％CaO)/(wt％Al₂O₃)的统计平均值为0.38，热轧后B类夹杂物细系为1.0级，UOE探伤完全合格。

实施例4

RH炉真空精炼后，调整成分，钢包内钢液总氧为18ppm，硫含量为15ppm，钢包顶渣主要成分为SiO₂(wt％)＝4.41％，CaO(wt％)＝54.5％，Al₂O₃(wt％)＝33.76％，FeO(wt％)+MnO₂(wt％)＝0.62％。钢包转移至加钙工位，钢包底吹气，喂钙线。底吹气流量为：喂线过程为20.18Nl/h·t钢，软吹过程为22.44Nl/h·t钢。，钙线直径为16mm，喂入速度为252m/min。钙线喂入结束，继续底吹气7min，直至加钙过程结束。喂入量折合纯钙为6.8kg/100t钢。分析表明：中间包钢液总氧为13ppm，钢液无单独存在的Al₂O₃颗粒，亦无单独存在的CaO颗粒，绝大部分夹杂物以xCaO·yAl₂O₃或xCaO·yAl₂O₃·zCaS的形式存在，其中(wt％CaO)/(wt％Al₂O₃)的统计平均值为0.35，热轧后B类夹杂物细系为1.0级，UOE探伤完全合格。

统计400炉次的生产数据，采用本发明所述方法进行钙处理后，Ca处理后钢液中总氧含量约有15-20％的降低；钢液无单独存在的Al₂O₃颗粒，亦无单独存在的CaO颗粒，绝大部分夹杂物以xCaO·yAl₂O₃或xCaO·yAl₂O₃·zCaS的形式存在；热轧后B类夹杂物评级水平显著改善，B类细系≤1.0级的合格率从平均90％提高至96％；UOE焊管类产品焊缝处探伤表明，夹杂类缺陷发生率从0.52％降低至0.30％。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种管线钢的钙处理方法，其特征在于：包含以下步骤：

(1)将铁水脱硫后兑入转炉进行冶炼，转炉出钢；

(3)调整成分，控制钢液和钢包顶渣成分；

(4)喂钙线，软吹搅拌；

(5)连铸。

2.如权利要求1所述的管线钢的钙处理方法，其特征在于：步骤(3)中，调整成分后，钢包顶渣的组成中CaO(wt％)/Al₂O₃(wt％)＝1.6～1.7，CaO(wt％)+Al₂O₃(wt％)＝80～90％。

3.如权利要求1所述的管线钢的钙处理方法，其特征在于：步骤(3)中，调整成分后，钢液主要成分(wt％)为：[C]0.03～0.1，[Si]0.2～0.5，[Mn]0.8～2.0，[Al]0.02～0.06，[P]0.01～0.015，[S]≤0.003。

4.如权利要求1所述的管线钢的钙处理方法，其特征在于：步骤(4)中，全程钢包底部吹氩气搅拌：喂钙线过程中，氩气流量为6.67-33.33Nl/h·t钢，喂钙线后软吹搅拌过程中，氩气流量为16.67-50Nl/h·t钢。

5.如权利要求1所述的管线钢的钙处理方法，其特征在于：步骤(4)中，喂钙线后软吹搅拌的时间为5-20min。

6.如权利要求1所述的管线钢的钙处理方法，其特征在于：步骤(4)中喂入Ca的量控制在W_Ca，min～W_Ca，max：

W_Ca，min＝(26.53*T[O]+15.82*[S]-79.58)/100，

W_Ca，max＝(40.67*T[O]+28.39*[S]+79.58)/100，

其中，W的单位为kg/100t钢，T[O]和[S]的单位为ppm。

7.如权利要求1所述的管线钢的钙处理方法，其特征在于：步骤(4)钙线的直径为10-20mm，喂钙线的速度为200～300m/min。