CN108300835A - 一种控制临氢铬钼钢夹杂物的方法 - Google Patents

一种控制临氢铬钼钢夹杂物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制临氢铬钼钢夹杂物的方法，所述方法包括转炉冶炼、真空碳脱氧、LF精炼、VD真空处理、板坯连铸工序；所述真空碳脱氧工序，真空碳脱氧处理7min，在真空碳脱氧的过程中吹入100～200L/min的氩气进行搅拌，真空度达到0.5乇后解除真空，取样吊包至LF炉精炼。本发明通过在LF精炼前进行一次真空碳脱氧处理，进一步减少钢液中的氧含量；控制精炼渣碱度且保持良好的流动性，以此来增加钢水中夹杂物被吸附的可能；适当增加VD后软吹时间，促进夹杂物上浮；浇铸前中间包吹氩，排除中间包内的空气，减少钢水进入中间包时二次氧化的机会。本发明有效降低临氢铬钼钢钢水中的杂质，进而提高成品钢板力学性能。

Description

一种控制临氢铬钼钢夹杂物的方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种控制临氢铬钼钢夹杂物的方法。
背景技术
压力容器用临氢铬钼钢是一种低碳低合金钢，合金元素含量较少，具有优良的综合力学性能，其强度、韧性、耐腐蚀性、低温和高温性能均优于相同含量的碳素钢，主要应用于炼油化工、煤炭气化和液化、锅炉等行业，用于制造换热器、临氢设备、液化气罐、液化石油气瓶、与氢或氢混合介质接触的设备及构件。该类钢种对钢质的纯净度要求较高，杂质元素（P、S、Sb、Sn）和夹杂物等对临氢铬钼钢的力学性能和回火脆化影响较大，严重妨碍了该钢种的应用。
在临氢工况下工作的压力容器，随着操作温度和操作氢分压的提高，环境中的氢不断渗入到设备用钢中，并和钢中的渗碳体和不稳定碳化物析出的碳反应生成甲烷气。生成的甲烷气在钢中的扩散能力很小，于是就在钢材缺陷处聚集，形成巨大的局部压力，造成应力集中，导致微观空隙发展，形成内部裂纹，使钢材力学性能降低，最后导致材料破裂。
临氢铬钼钢在使用过程中除了具有优良的抗氢腐蚀性和高温性能以外，对钢的非金属夹杂物要求较高，不允许出现脆性夹杂物（Al2O3）或塑形不变形类夹杂物（MnS）。夹杂物对钢铁力学性能和工艺性能的主要影响是降低材料的塑性、韧性和疲劳极限，造成材料性能上的各向异性，使冷热加工性能变坏。所以，对于钢铁材料来说，要控制夹杂物，一是需要减少钢液中的氧含量，降低有害夹杂物含量，二是对脆性夹杂物进行变性处理，使之成为对钢板危害程度较轻的塑性夹杂物。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种控制临氢铬钼钢夹杂物的方法。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种控制临氢铬钼钢夹杂物的方法，所述方法包括转炉冶炼、真空碳脱氧、LF精炼、VD真空处理、板坯连铸工序；所述真空碳脱氧工序，真空碳脱氧处理7min，在真空碳脱氧的过程中吹入100～200L/min的氩气进行搅拌，真空度达到0.5乇后解除真空，取样吊包至LF炉精炼。
本发明所述LF精炼工序，精炼过程中，采取高碱度且流动性好的精炼渣，控制渣中CaO/Al2O3比值在1.3～1.7。
本发明所述转炉冶炼工序，采用顶吹氧气和底吹氩气搅拌的复合吹炼法进行冶炼，过程中加入石灰造渣，全程化渣，控制炉渣碱度；吹炼结束时钢水中的[C]：0.06-0.09%，[P]≤0.008%，[S]≤0.035%，[O]≤700ppm，吹炼结束温度为1600-1650℃。
本发明所述转炉冶炼工序，转炉出钢不加合金及预脱氧剂，大包温度≥1570℃，然后直接进入真空位，根据钢液碳含量增碳至0.11～0.13%。
本发明所述LF精炼工序，进站吹氩搅拌，同时分批加入石灰，送电时加入萤石调整炉渣流动性，加入石灰12-15kg/t钢，使用电石、硅铁粉变渣至黄白或白渣；待温度合适后，喂入铝线1.0-1.7kg/t钢并添加合金，取样观察元素成分，此时钢水中[Al]S≥300ppm。
本发明精炼过程中，全程铝粒扩散脱氧，为精炼脱硫创造还原性气氛，同时保证钢水中铝含量；优化精炼操作过程，前期快速升温，埋弧造渣，采用高碱度（二元碱度CaO/SiO2≥7）炉渣精炼，在LF化渣后控制炉渣的成分范围为：CaO≥45%、Al2O3≥30%、MgO≤9%、SiO2≤10%、（FeO+MnO）≤1.5%，保证高碱度的同时还需要有一定的流动性，控制渣中CaO/Al2O3比值在1.3～1.7，更大程度的吸收钢中的夹杂物。
本发明所述VD真空处理工序，微调合金后开始真空处理4-7min后进入真空保持阶段，前期渣子较活跃，气体溢出量较大，进行压渣处理，待保持20min后，解除真空，此时钢水温度为1550-1570℃。
本发明所述VD真空处理工序，喂入钙线0.10-0.25kg/t钢，钙含量控制在0.0025～0.0035%，氩气流量≤30L/min，以不裸露钢水为宜，软吹10～12min；VD结束时，钢水中[P]≤0.008%，[S]≤0.006%，[O]≤20ppm，[N]≤40ppm，[Ca]/[Al]：0.09～0.12。
本发明所述板坯连铸工序，连铸开浇前，对烘烤后的中间包进行吹氩处理，排除中间包内空气，减少钢液接触空气的机会；同时，检查长水口、塞棒、侵入式水口等关键设备氩气密封情况，避免钢液二次氧化，增加夹杂物的含量。
本发明控制临氢铬钼钢夹杂物检测方法参考GB/T 10561-2005。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明采用碳脱氧处理，一方面降低精炼操作脱氧工序成本，另一方面脱氧产物不会污染钢液，而且在气体逸出的过程中，可以有效的去除钢中的气体和夹杂物。2、本发明采用相对较高的碱度，脱硫效率高且稳定，并且对于钢液各类夹杂物都起到了明显的改善作用。3、本发明增加VD后软吹时间，促进夹杂物上浮；浇铸前中间包吹氩，排除中间包内的空气，减少钢水进入中间包时二次氧化的机会。4、本发明从冶炼过程中控制夹杂物的产生到优化浇铸工艺，有效降低临氢铬钼钢钢水中的杂质，进而提高成品钢板力学性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例控制临氢铬钼钢夹杂物的方法包括转炉冶炼、真空碳脱氧、LF精炼、VD真空处理、板坯连铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉冶炼工序：采用顶吹氧气和底吹氩气搅拌的复合吹炼法进行冶炼，过程中加入石灰造渣，全程化渣，控制好炉渣碱度；吹炼结束时，钢水中的[C]：0.07%，[P]：0.006%，[S]：0.023%，[O]：700ppm，吹炼结束温度为1620℃；
（2）真空碳脱氧工序：转炉出钢不加合金及预脱氧剂，大包温度1570℃，直接进入真空位，根据钢液碳含量增碳至0.11%，紧接着进行真空碳脱氧处理约7min，在真空碳脱氧的过程中吹入200L/min的氩气进行搅拌，为产生CO气泡创造了条件，真空度达到0.5乇后解除真空，取样吊包至LF炉精炼；
（3）LF精炼工序：进站吹氩搅拌，同时分批加入适量的石灰，送电时加入萤石调整炉渣流动性，加入石灰12kg/t钢，使用电石、硅铁粉变渣至黄白或白渣。待温度合适后，喂入铝线1.5kg/t钢并添加合金，取样观察元素成分，此时钢水中[Al]S：600ppm；精炼过程中，全程铝粒扩散脱氧，为精炼脱硫创造还原性气氛，同时保证钢水中铝含量。保证高碱度的同时还需要有一定的流动性，控制渣中CaO/Al2O3比值在1.3，更大程度的吸收钢中的夹杂物；
（4）VD真空处理工序：微调合金后开始真空处理，4min后进入真空保持阶段，前期渣子较活跃，气体溢出量较大，进行压渣处理，待保持20min后，解除真空，此时钢水温度为1570℃；喂入钙线0.11kg/t钢，钙含量控制在0.0025%，氩气流量30L/min，以不裸露钢水为宜，软吹11min后，取样并吊包进行浇铸；VD结束时，钢水中[P]：0.007%，[S]：0.005%，[O]：15ppm，[N]：40ppm，[Ca]/[Al]：0.09；
（5）板坯连铸工序：开浇前对烘烤后的中间包进行吹氩处理，排除中间包内空气，减少钢液接触空气的机会；同时，检查长水口、塞棒、侵入式水口等关键设备氩气密封情况，避免钢液二次氧化，增加夹杂物的含量。
上述方法制备的临氢铬钼钢夹杂评级如表1所示。
表1 实施例1临氢铬钼钢夹杂评级表
实施例2
本实施例控制临氢铬钼钢夹杂物的方法包括转炉冶炼、真空碳脱氧、LF精炼、VD真空处理、板坯连铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉冶炼工序：采用顶吹氧气和底吹氩气搅拌的复合吹炼法进行冶炼，过程中加入石灰造渣，全程化渣，控制好炉渣碱度；吹炼结束时，钢水中的[C]：0.06%，[P]：0.007%，[S]：0.030%，[O]：600ppm，吹炼结束温度为1630℃；
（2）真空碳脱氧工序：转炉出钢不加合金及预脱氧剂，大包温度1580℃，直接进入真空位，根据钢液碳含量增碳至0.12%，紧接着进行真空碳脱氧处理约7min，在真空碳脱氧的过程中吹入200L/min的氩气进行搅拌，为产生CO气泡创造了条件，真空度达到0.5乇后解除真空，取样吊包至LF炉精炼；
（3）LF精炼工序：进站吹氩搅拌，同时分批加入适量的石灰，送电时加入萤石调整炉渣流动性，加入石灰13kg/t钢，使用电石、硅铁粉变渣至黄白或白渣；待温度合适后，喂入铝线1.6kg/t钢并添加合金，取样观察元素成分，此时钢水中[Al]S：650ppm；精炼过程中，全程铝粒扩散脱氧，为精炼脱硫创造还原性气氛，同时保证钢水中铝含量。保证高碱度的同时还需要有一定的流动性，控制渣中CaO/Al2O3比值在1.7，更大程度的吸收钢中的夹杂物；
（4）VD真空处理工序：微调合金后开始真空处理，5min后进入真空保持阶段，前期渣子较活跃，气体溢出量较大，进行压渣处理，待保持20min后，解除真空，此时钢水温度为1565℃；喂入钙线0.15kg/t钢，钙含量控制在0.0035%，氩气流量20L/min，以不裸露钢水为宜，软吹12min后，取样并吊包进行浇铸。VD结束时，钢水中[P]：0.008%，[S]：0.004%，[O]：15ppm，[N]：35ppm，[Ca]/[Al]：0.10；
（5）板坯连铸工序：开浇前对烘烤后的中间包进行吹氩处理，排除中间包内空气，减少钢液接触空气的机会；同时，检查长水口、塞棒、侵入式水口等关键设备氩气密封情况，避免钢液二次氧化，增加夹杂物的含量。
上述方法制备的临氢铬钼钢夹杂评级如表2所示。
表2 实施例2临氢铬钼钢夹杂评级表
实施例3
本实施例控制临氢铬钼钢夹杂物的方法包括转炉冶炼、真空碳脱氧、LF精炼、VD真空处理、板坯连铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉冶炼工序：采用顶吹氧气和底吹氩气搅拌的复合吹炼法进行冶炼，过程中加入石灰造渣，全程化渣，控制好炉渣碱度；吹炼结束时，钢水中的[C]：0.08%，[P]：0.005%，[S]：0.028%，[O]：700ppm，吹炼结束温度为1600℃；
（2）真空碳脱氧工序：转炉出钢不加合金及预脱氧剂，大包温度1575℃，直接进入真空位，根据钢液碳含量增碳至0.13%，紧接着进行真空碳脱氧处理约7min，在真空碳脱氧的过程中吹入200L/min的氩气进行搅拌，为产生CO气泡创造了条件，真空度达到0.5乇后解除真空，取样吊包至LF炉精炼；
（3）LF精炼工序：进站吹氩搅拌，同时分批加入适量的石灰，送电时加入萤石调整炉渣流动性，加入石灰14kg/t钢，使用电石、硅铁粉变渣至黄白或白渣；待温度合适后，喂入铝线1.0kg/t钢并添加合金，取样观察元素成分，此时钢水中[Al]S：550ppm。精炼过程中，全程铝粒扩散脱氧，为精炼脱硫创造还原性气氛，同时保证钢水中铝含量；保证高碱度的同时还需要有一定的流动性，控制渣中CaO/Al2O3比值在1.5，更大程度的吸收钢中的夹杂物；
（4）VD真空处理工序：微调合金后开始真空处理，6min后进入真空保持阶段，前期渣子较活跃，气体溢出量较大，进行压渣处理，待保持20min后，解除真空，此时钢水温度为1560℃；喂入钙线0.10kg/t钢，钙含量控制在0.0030%，氩气流量25L/min，以不裸露钢水为宜，软吹10min后，取样并吊包进行浇铸；VD结束时，钢水中[P]：0.006%，[S]：0.005%，[O]：14ppm，[N]：40ppm，[Ca]/[Al]：0.11；
（5）板坯连铸工序：开浇前对烘烤后的中间包进行吹氩处理，排除中间包内空气，减少钢液接触空气的机会；同时，检查长水口、塞棒、侵入式水口等关键设备氩气密封情况，避免钢液二次氧化，增加夹杂物的含量。
上述方法制备的临氢铬钼钢夹杂评级如表3所示。
表3 实施例3临氢铬钼钢夹杂评级表
实施例4
本实施例控制临氢铬钼钢夹杂物的方法包括转炉冶炼、真空碳脱氧、LF精炼、VD真空处理、板坯连铸工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）转炉冶炼工序：采用顶吹氧气和底吹氩气搅拌的复合吹炼法进行冶炼，过程中加入石灰造渣，全程化渣，控制好炉渣碱度；吹炼结束时，钢水中的[C]：0.09%，[P]：0.008%，[S]：0.035%，[O]：650ppm，吹炼结束温度为1650℃；
（2）真空碳脱氧工序：转炉出钢不加合金及预脱氧剂，大包温度1578℃，直接进入真空位，根据钢液碳含量增碳至0.12%，紧接着进行真空碳脱氧处理约7min，在真空碳脱氧的过程中吹入100L/min的氩气进行搅拌，为产生CO气泡创造了条件，真空度达到0.5乇后解除真空，取样吊包至LF炉精炼；
（3）LF精炼工序：进站吹氩搅拌，同时分批加入适量的石灰，送电时加入萤石调整炉渣流动性，加入石灰15kg/t钢，使用电石、硅铁粉变渣至黄白或白渣；待温度合适后，喂入铝线1.7kg/t钢并添加合金，取样观察元素成分，此时钢水中[Al]S：300ppm。精炼过程中，全程铝粒扩散脱氧，为精炼脱硫创造还原性气氛，同时保证钢水中铝含量；保证高碱度的同时还需要有一定的流动性，控制渣中CaO/Al2O3比值在1.4，更大程度的吸收钢中的夹杂物；
（4）VD真空处理工序：微调合金后开始真空处理，7min后进入真空保持阶段，前期渣子较活跃，气体溢出量较大，进行压渣处理，待保持20min后，解除真空，此时钢水温度为1550℃；喂入钙线0.25kg/t钢，钙含量控制在0.0032%，氩气流量28L/min，以不裸露钢水为宜，软吹11min后，取样并吊包进行浇铸；VD结束时，钢水中[P]：0.007%，[S]：0.006%，[O]：20ppm，[N]：37ppm，[Ca]/[Al]：0.12；
（5）板坯连铸工序：开浇前对烘烤后的中间包进行吹氩处理，排除中间包内空气，减少钢液接触空气的机会；同时，检查长水口、塞棒、侵入式水口等关键设备氩气密封情况，避免钢液二次氧化，增加夹杂物的含量。
上述方法制备的临氢铬钼钢夹杂评级如表4所示。
表4 实施例4临氢铬钼钢夹杂评级表
上述实施例夹杂物控制方法的工艺流程、关键步骤、参数，可以有效控制临氢铬钼钢的夹杂物含量，尤其可达到钢材T[O]≤20ppm的效果。综上所述，本发明夹杂物控制方法简单易行，可行性强，应用前景广。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种控制临氢铬钼钢夹杂物的方法，其特征在于，所述方法包括转炉冶炼、真空碳脱氧、LF精炼、VD真空处理、板坯连铸工序；所述真空碳脱氧工序，真空碳脱氧处理7min，在真空碳脱氧的过程中吹入100～200L/min的氩气进行搅拌，真空度达到0.5乇后解除真空，取样吊包至LF炉精炼。
2.根据权利要求1所述的一种控制临氢铬钼钢夹杂物的方法，其特征在于，所述LF精炼工序，精炼过程中，采取高碱度且流动性好的精炼渣，控制渣中CaO/Al2O3比值在1.3～1.7。
3.根据权利要求1所述的一种控制临氢铬钼钢夹杂物的方法，其特征在于，所述转炉冶炼工序，采用顶吹氧气和底吹氩气搅拌的复合吹炼法进行冶炼，过程中加入石灰造渣，全程化渣，吹炼结束时钢水中的[C]：0.06-0.09%，[P]≤0.008%，[S]≤0.035%，[O]≤700ppm，吹炼结束温度为1600-1650℃。
4.根据权利要求1所述的一种控制临氢铬钼钢夹杂物的方法，其特征在于，所述转炉冶炼工序，转炉出钢不加合金及预脱氧剂，大包温度≥1570℃，然后直接进入真空位，根据钢液碳含量增碳至0.11～0.13%。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种控制临氢铬钼钢夹杂物的方法，其特征在于，所述LF精炼工序，进站吹氩搅拌，送电时加入萤石调整炉渣流动性，加入石灰12-15kg/t钢，使用电石、硅铁粉变渣至黄白或白渣；喂入铝线1.0-1.7kg/t钢并添加合金，取样观察元素成分，此时钢水中[Al]S≥300ppm。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种控制临氢铬钼钢夹杂物的方法，其特征在于，所述VD真空处理工序，微调合金后开始真空处理4-7min后进入真空保持阶段，前期渣子较活跃，气体溢出量较大，进行压渣处理，待保持20min后，解除真空，此时钢水温度1550-1570℃。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的一种控制临氢铬钼钢夹杂物的方法，其特征在于，所述VD真空处理工序，软吹10～12min。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的一种控制临氢铬钼钢夹杂物的方法，其特征在于，所述VD真空处理工序，喂入钙线0.10-0.25kg/t钢，钙含量控制在0.0025～0.0035%，氩气流量≤30L/min，以不裸露钢水为宜，软吹10～12min；VD结束时，钢水中[P]≤0.008%，[S]≤0.006%，[O]≤20ppm，[N]≤40ppm，[Ca]/[Al]：0.09～0.12。
9.根据权利要求1-4任意一项所述的一种控制临氢铬钼钢夹杂物的方法，其特征在于，所述板坯连铸工序，连铸开浇前，对烘烤后的中间包进行吹氩处理，排除中间包内空气，减少钢液接触空气的机会。
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