CN101701276A - 一种用转炉工艺冶炼耐硫化氢腐蚀管线钢圆坯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁冶炼工艺技术领域，特别是用转炉生产耐硫化氢腐蚀管线钢16MnVH连铸圆坯的方法。为解决在含H2S油气输送管线上，发生硫化物应力腐蚀断裂和氢致断裂问题，发明一种转炉冶炼工艺，其工艺为高炉铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼炉→VD真空炉精炼→连铸成圆坯。铁水采用喷吹颗粒镁脱硫工艺进行预处理，转炉采用顶底复吹，用低氧压、大流量供氧制度；LF精炼采用高碱度白渣精炼工艺，白渣精炼20-30分钟，LF精炼处理在35-45分钟，到VD精炼站的温度为1625±5℃；在VD精炼中，使用≤67Pa真空度下保持10-15分钟，同时采用软吹氩搅拌，使钢水出VD站氢含量控制在0-2ppm，钢水到达连铸台的温度为1580±5℃；连铸采取保护浇注，二冷采用弱冷方式，钢水过热度控制在20-40℃，拉速为1.5-3.2m/min，同时使用结晶器电磁搅拌技术。采用本发明工艺生产的管坯，避免了有害残余元素造成的钢的晶界脆化现象，有效防止在后续钢管生产过程中晶粒的长大，从而提高了钢的抗硫化氢腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶炼工艺技术领域，特别是用转炉工艺生产耐硫化氢腐蚀油气输送用管线钢16MnVH连铸圆坯的方法。
技术背景
管道输送是石油、天然气最经济、合理的运输方式。根据美国API SPEC5L标准规定，油气输送管按生产工艺可分为无缝钢管、电阻焊钢管、埋弧焊钢管等8类，但常用的只有无缝钢管(Seamless)、直缝高频电阻焊管(ERW)和直缝埋弧焊管(LSAW)、螺旋缝埋弧焊管(SSAW)等4种。
无缝钢管由于尺寸的原因，用于主干线油气输送管道上的不多。但由于加工工艺的差别，与有缝焊管相比，无缝钢管在尺寸精度、表面质量、耐蚀性和综合力学性能等方面有一定的优势，因此在短途非干线油气输送管道上无缝钢管用量很大。同时在含H2S的油气输送管线上，硫化物应力腐蚀断裂(SSCC)和氢致断裂(HIC)是管道的主要失效形式，而SSCC和HIC的产生和严重程度决定于输送气体介质中H2S的分压。国际标准规定，当PH2S＞300Pa时，必须对使用的管材提出抗SSCC和抗HIC的要求。
根据客户的要求，并结合本申请人的工艺装备的技术水平，开发了高炉炼铁→顶底复吹转炉→LF钢包精炼炉→VD真空脱气→圆坯连铸工艺生产抗硫化氢腐蚀油气输送管线钢16MnVH圆坯的方法，顺利生产出了抗硫化氢腐蚀的油气输送管线钢16MnVH圆坯，并供应客户制造抗硫化氢腐蚀的油气输送管线用无缝钢管。
发明内容
本发明的目的在于克服一般无缝钢管在含H2S的油气输送管线上，发生硫化物应力腐蚀断裂(SSCC)和氢致断裂(HIC)的现象，提供一种用高炉炼铁→顶底复吹转炉→LF钢包精炼炉→VD真空脱气→圆坯连铸工艺生产耐硫化氢腐蚀油气输送用管线钢连铸圆坯的方法。用该工艺方法生产的圆坯，供无缝钢管生产，满足了抗硫化氢腐蚀性能要求。
本发明转炉工艺冶炼耐硫化氢腐蚀管线钢圆坯的方法主要靠如下方法实现。
本发明16MnVH耐硫化氢腐蚀油气输送管线钢成分为：控制成分(重量百分数)为C＝0.14-0.18％，Si＝0.15-0.35％，Mn＝1.10-1.40％，P≤0.020％，S≤0.008％，Als≥0.015％，V＝0.03-0.08％，Ti≤0.04％，Nb≤0.05％，Cr≤0.25％，Mo≤0.10％，Ni≤0.25％，Cu≤0.25％，N≤0.25％，Fe余量。
本发明优化成分(重量百分数)为：C＝0.15-0.17％，Si＝0.23-0.27％，Mn＝1.22-1.28％，P≤0.020％，S≤0.005％，Als＝0.015-0.035％，V＝0.04-0.07％，Fe余量。
本发明提供的转炉工艺冶炼耐硫化氢腐蚀管线钢圆坯的方法，其中主要工艺步骤内容为：高炉铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼炉→VD真空炉精炼→连铸机铸成Ф150mm-Ф200mm圆坯→经翻转冷床→检验→入库。具体工艺步骤包括：
①高炉铁水采用喷吹颗粒镁脱硫工艺对铁水进行脱硫预处理，使入转炉铁水主要成分达到[Si]＝0.30-0.85％、[P]＝0-0.080％、[S]＝0-0.030％；
②转炉采用顶吹氧底吹氮气/氩气搅拌的顶底复吹冶炼，并采用氧压为0.8-0.85MPa、流量为22800-23200m3/h的低氧压、大流量顶部氧枪供氧制度，使转炉出钢钢水成份[C]＝0.05-0.08％、[P]＝0-0.010％；
③LF精炼采用高碱度白渣精炼工艺，白渣精炼时间20-30分钟，LF精炼处理时间在35-45分钟，精炼过程中，全程底吹氩气搅拌，并按照预吹、正常给电、软吹3种模式控制底吹氩气搅拌的气体流量，控制到VD精炼站的温度为1625±5℃；
④VD精炼工艺中，钢水真空处理要在真空度≤67Pa下保持时间10-15分钟，同时软吹氩搅拌，使钢水出VD站氢含量控制在0-2ppm，钢水到达连铸台的温度为1580±5℃；
⑤连铸工艺要求钢包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注，二冷采用弱冷方式，钢水过热度控制在20-40℃范围内，稳定拉速为1.5-3.2m/min，使用结晶器电磁搅拌技术。
所述转炉工艺冶炼耐硫化氢腐蚀管线钢圆坯的方法，在转炉冶炼的前、中期强化造渣脱磷，中、后期稳定炉渣中的磷并实现钢水脱硫，采用钢心铝终脱氧，进LF精炼站钢中溶解氧a[O]＝0-15ppm，采取挡渣出钢并控制下渣量为0-50mm。
所述转炉工艺冶炼耐硫化氢腐蚀管线钢圆坯的方法，LF精炼过程中全程控铝，精炼出站前一次喂足铝线，LF精炼过程中钢水主要成分控制范围为[C]＝0.15-0.17％，[Si]＝0.23-0.27％，[Mn]＝1.22-1.28％，[S]＝0-0.005％，[V]＝0.04-0.07％。
所述转炉工艺冶炼耐硫化氢腐蚀管线钢圆坯的方法，在VD精炼工艺真空处理结束后，根据钢中的铝含量决定喂硅钙丝长度；喂硅钙丝结束后，软吹氩搅拌5-10分钟。
所述转炉工艺冶炼耐硫化氢腐蚀管线钢圆坯的方法，在连铸工艺中中间包采用MgCa质涂层，并设置挡墙；同时控制铸机二冷水分布及二冷水比水量，使水的分布为一段占33％，二段占48％，三段占19％，比水量0.85-1.05L/Kg。按照不同规格铸坯对二冷比水量控制，对于Ф150mm为1.05L/Kg；对于Ф160mm为0.95L/Kg；对于Ф180mm为0.9L/Kg；对于Ф200mm为0.85L/Kg；按照不同规格铸坯稳定拉速为，对于Ф150mm为2.5-3.2m/min；对于Ф160mm为2.2-2.8m/min；对于Ф180mm为1.8-2.3m/min；对于Ф200mm为1.5-2.0m/min。
本发明的优点在于提供一种用转炉工艺生产耐硫化氢腐蚀油气输送用管线钢16MnVH连铸圆坯的方法。本发明的生产方法，钢中有害残余元素(如As、Sn、Pb、Sb等)含量低，减轻了有害残余元素造成的钢的晶界脆化现象；通过精炼实现了钢水的深脱硫和脱气，以及硫化物等非金属夹杂物的变性，提高了钢水的洁净度；钢中加入细化晶粒元素铝和钒，有效防止在后续钢管生产过程中晶粒的长大，从而提高了钢的抗硫化氢腐蚀性能。该钢种化学成分控制严格，整批供货均匀、波动小；采用顶底复吹技术，低压大流量氧枪供氧，吹炼平稳，成分和温度命中率高；出钢时向包中加入专用合成渣，进行渣洗，进一步脱硫，去除夹杂；LF精炼工序采用全程控铝工艺，利于还原操作和夹杂物的控制；LF、VD精炼工序配有钢包全过程底吹氩及钢包喂丝设备，可以有效脱除钢中气体，降低钢中夹杂物含量，并实现夹杂物变性处理，提高钢水洁净度；连铸采用结晶器电磁搅拌工艺，中间包采用MgCa质涂层，同时设置挡墙，提高铸坯质量。
具体工艺步骤过程：
(1)原料，采取精料原则，高炉铁水采用喷吹颗粒镁脱硫工艺对铁水进行脱硫预处理，使入转炉铁水成分达到[Si]＝0.30-0.85％、[P]＝0-0.080％、[S]＝0-0.030％。
(2)转炉冶炼：采用顶底复吹转炉工艺，强化了冶炼过程中对熔池的搅拌，促进各种冶金反应的进行和温度、成分的均匀。顶底复吹转炉采用低氧压、大流量顶部氧枪供氧，氧压为0.8-0.85MPa、流量为22800-23200m3/h；底吹氮气/氩气搅拌；转炉冶炼的前、中期利用钢水温度较低的有利条件，强化造渣脱磷，中、后期稳定炉渣中的磷并实现钢水脱硫；转炉出钢过程中采取挡渣出钢，控制下渣量0-50mm，防止回磷，提高合金收得率并减少钢中的非金属夹杂物；出钢过程中向钢包内加入合成渣料(主要成份为CaF2、CaO)进行渣洗，同时进行钢包顶渣的改质，进一步脱硫去夹杂；终脱氧采用钢心铝脱氧，保证LF精炼进站钢中溶解氧a[O]＝0-15ppm。采取高拉碳操作，转炉出钢目标要求钢水[C]＝0.05-0.08％、[P]＝0-0.010％。
(3)LF精炼：由于要求钢管具有良好的抗硫化氢腐蚀的性能，因此对该钢种化学成分、钢中夹杂物的种类和含量、气体含量等提出严格要求，LF精炼工序围绕调整和均匀化学成分、钢中非金属夹杂物的去除、调整温度等方面进行控制。在LF精炼过程中钢水主要化学成分的控制范围为：[C]＝0.14-0.18％，[Si]＝0.17-0.35％，[Mn]＝1.15-1.35％，[V]＝0.03-0.08％，[P]≤0.025％、[S]≤0.008％。
其主要成分优选控制范围为[C]＝0.15-0.17％，[Si]＝0.23-0.27％，[Mn]＝1.22-1.28％，[V]＝0.04-0.07％，[P]≤0.020％，[S]≤0.005％。
精炼过程中，采用全程控铝的工艺；采用高碱度白渣精炼工艺；白渣精炼时间20-30分钟，LF精炼处理时间在35-45分钟。精炼过程中，全程底吹氩气搅拌，并按照预吹、正常给电、软吹3种模式控制底吹氩气搅拌的气体流量，保证吹氩效果。LF精炼出站前一次喂足铝线；控制到VD精炼的到站温度为1625±5℃。
(4)VD精炼工序：钢水真空处理要求在真空度≤67Pa下保持时间10-15分钟，同时采用软吹氩搅拌，避免大翻；真空处理结束后，根据钢中的铝含量决定喂硅钙丝数量；喂硅钙丝后进行5-10分钟的软吹氩气搅拌；保证钢水出站氢含量为0-2ppm；温度控制，要求到达连铸台的钢水温度为1580±5℃。
(5)连铸：Ф150mm-Ф200mm圆坯连铸机，为保证铸坯质量和连铸的顺利进行，重点控制以下几个方面：
a.连铸过程中钢包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注，防止钢水二次氧化，保证钢水的纯净度；
b.二冷采用弱冷方式，合理控制铸机二冷水分布及二冷水比水量，保证二冷冷却的均匀；水的分布为一段占33％，二段占48％，三段占19％；根据铸坯规格不同控制比水量为Ф150mm为1.05L/Kg，Ф160mm为0.95L/Kg，Ф180mm为0.9L/Kg，Ф200mm为0.85L/Kg。
c.钢水过热度控制在20-40℃范围内，稳定拉速为1.5-3.2m/min，按照不同规格拉速的优选范围Ф150mm为2.5-3.2m/min，Ф160mm为2.2-2.8m/min，Ф180mm为1.8-2.2m/min，Ф200mm为1.5-2.0m/min。
d.中间包设置挡墙，以促进夹杂物上浮去除。中间包涂层采用MgCa质材料，减轻中间包耐火材料侵蚀带来的夹杂对钢液的污染；
e.使用结晶器电磁搅拌，保证铸坯结晶组织致密、均匀，减少铸坯柱状晶率，避免铸坯裂纹、缩孔等缺陷。
具体实施方式
实施例1
(1)入炉铁水：[Si]＝0.45％、[P]＝0.070％、[S]＝0.028％。
(2)转炉冶炼：
冶炼钢种16MnVH，顶底复吹，氧压为0.8MPa、流量为23000m3/h，前、中期造渣脱P，中、后期造渣脱S；出钢时[C]＝0.07％、[P]＝0.009％；转炉出钢采用挡渣出钢，下渣厚度40mm。出钢过程中向钢包内加入专用合成渣料400kg。
(3)LF精炼：
主要成分控制：[C]＝0.17％，[Si]＝0.25％，[Mn]＝1.24％，[V]＝0.045％，[S]＝0.005％；进站定氧a[O]＝12ppm；白渣精炼时间21分钟；精炼出站温度控制为1625℃，LF精炼处理时间38分钟。
(4)VD精炼工序：
钢水真空处理真空度60Pa时保持10分钟，同时吹氩搅拌；出站氢含量为1.2ppm；喂硅钙丝180m，改善钢水流动性及夹杂物变性处理；喂硅钙丝结束后，软吹操作9分钟；调整连铸到站温度1578℃。
(5)连铸工序：铸坯断面Ф150mm
a.连铸大包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注；
b.铸机二冷水分布及二冷水比水量，一段占33％，二段占48％，三段占19％，比水量1.05L/Kg；
c.中间包钢水的过热度25℃，拉速3.0m/min；
d.中间包设置挡墙；
e.使用结晶器电磁搅拌。
实施例2
(1)入炉铁水：[Si]＝0.50％、[P]＝0.075％、[S]＝0.025％。
(2)转炉冶炼：
冶炼钢种16MnVH，顶底复吹，氧压为0.82MPa、流量为22900m3/h，前、中期造渣脱P，中、后期造渣脱S；出钢时[C]＝0.06％、[P]＝0.010％；转炉出钢采用挡渣出钢，下渣厚度45mm。同时出钢过程中向钢包内加入专用合成渣料300kg。
(3)LF精炼：
主要成分控制：[C]＝0.16％，[Si]＝0.26％，[Mn]＝1.26％，[V]＝0.043％，[S]＝0.004％；进站定氧a[O]＝10ppm；白渣精炼时间23分钟；精炼出站温度控制为1614℃，LF精炼处理时间35分钟。
(4)VD精炼工序：
钢水真空处理真空度65Pa时保持12分钟，同时吹氩搅拌；出站氢含量为1.5ppm；补喂铝线80m，喂硅钙丝280m；喂硅钙丝结束后，软吹操作8分钟；调整连铸到站温度1581℃。
(5)连铸工序：铸坯断面Ф160mm
a.连铸大包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注；
b.铸机二冷水分布及二冷水比水量，一段占33％，二段占48％，三段占19％，比水量0.95L/Kg；
c.中间包钢水的过热度28℃，拉速2.6m/min；
d.中间包设置挡墙；
e.使用结晶器电磁搅拌。
实施例3
(1)入炉铁水：[Si]＝0.55％、[P]＝0.067％、[S]＝0.026％。
(2)转炉冶炼
冶炼钢种16MnVH，顶底复吹，氧压为0.83MPa、流量23000m3/h，前、中期造渣脱P，中、后期造渣脱S；出钢时[C]＝0.08％、[P]＝0.011％；转炉出钢采用挡渣出钢，下渣厚度35mm。同时出钢过程中向钢包内加入专用合成渣料400kg。
(3)LF精炼
主要成分控制：[C]＝0.15％、[Si]＝0.24％、[Mn]＝1.22％，[V]＝0.052％，[S]＝0.003％；进站定氧a[O]＝9ppm；白渣精炼时间25分钟；精炼出站温度为1627℃，LF精炼处理时间40分钟。
(4)VD精炼工序
钢水真空处理真空度62Pa时保持13分钟，同时吹氩搅拌；出站氢含量为1.2ppm；喂硅钙丝210m；喂硅钙丝结束后，软吹操作10分钟；调整连铸到站温度1578℃。
(5)连铸工序：铸坯断面Ф180mm
a.连铸大包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注；
b.铸机二冷水分布及二冷水比水量，一段占33％，二段占48％，三段占19％，比水量0.90L/Kg；
c.中间包钢水的过热度28℃，拉速2.1m/min；
d.中间包设置挡墙；
e.使用结晶器电磁搅拌。
实施例4
(1)入炉铁水：[Si]＝0.60％、[P]＝0.065％、[S]＝0.025％。
(2)转炉冶炼：
冶炼钢种16MnVH，顶底复吹，氧压为0.85MPa、流量为23200m3/h，前、中期造渣脱P，中、后期造渣脱S；出钢时[C]＝0.06％、[P]＝0.006％；转炉出钢采用挡渣出钢，下渣厚度30mm。同时出钢过程中向钢包内加入专用合成渣料450kg。
(3)LF精炼
主要成分控制：[C]＝0.15％、[Si]＝0.27％、[Mn]＝1.27％，[V]＝0.048％，[S]＝0.003％；进站定氧a[O]＝8ppm；白渣精炼时间23分钟；精炼出站温度控制为1626℃。LF精炼处理时间38分钟。
(4)VD精炼工序
钢水真空处理真空度65Pa时保持12分钟，同时吹氩搅拌；出站氢含量为1.5ppm；喂硅钙丝260m；喂硅钙丝结束后，软吹操作6分钟；调整连铸到站温度1581℃。
(5)连铸工序：铸坯断面Ф200mm
a.连铸大包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注；
b.铸机二冷水分布及二冷水比水量，一段占33％，二段占48％，三段占19％，比水量0.85L/Kg；
c.中间包钢水的过热度27℃，拉速1.8m/min；
d.中间包设置挡墙；
e.使用结晶器电磁搅拌。
Claims (8)
1.本发明提供一种转炉工艺冶炼耐硫化氢腐蚀管线钢圆坯的方法，其中主要工艺步骤为：高炉铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼炉→VD真空炉精炼→连铸机铸成Ф150mm-Ф200mm圆坯→经翻转冷床→检验→入库；其特征在于：
①高炉铁水采用喷吹颗粒镁脱硫工艺对铁水进行脱硫预处理，使入转炉铁水主要成分达到[Si]＝0.30-0.85％、[P]＝0-0.080％、[S]＝0-0.030％；
②转炉采用顶吹氧底吹氮气或氩气搅拌的顶底复吹冶炼，并采用氧压为0.8-0.85MPa、流量为22800-23200m3/h的低氧压、大流量顶部供氧制度，使转炉钢水出钢主要成份控制为[C]＝0.05-0.08％、[P]＝0-0.010％；
③LF精炼采用高碱度白渣精炼工艺，白渣精炼时间20-30分钟，LF精炼处理时间在35-45分钟，精炼过程中，全程底吹氩气搅拌，并按照预吹、正常给电、软吹3种模式控制底吹氩气搅拌的气体流量，控制到VD精炼站的温度为1625±5℃；
④VD精炼工艺中，钢水真空处理要在真空度≤67Pa下保持时间10-15分钟，同时采用软吹氩搅拌，使钢水出VD站氢含量控制在0-2ppm，钢水到达连铸台的温度为1580±5℃；
⑤连铸工艺要求钢包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注，二冷采用弱冷方式，钢水过热度控制在20-40℃范围内，稳定拉速为1.5-3.2m/min，使用结晶器电磁搅拌技术。
2.如权利要求1所述转炉工艺冶炼耐硫化氢腐蚀管线钢圆坯的方法，其特征在于转炉冶炼的前、中期强化造渣脱磷，中、后期稳定炉渣中的磷并实现钢水脱硫，采用钢心铝终脱氧，进LF精炼站钢中溶解氧a[O]＝0-15ppm，采取挡渣出钢并控制下渣量为0-50mm。
3.按照权利要求1所述转炉工艺冶炼耐硫化氢腐蚀管线钢圆坯的方法，其特征在于LF精炼过程中全程控铝工艺，精炼出站前一次喂足铝线。
4.如权利要求1所述转炉工艺冶炼耐硫化氢腐蚀管线钢圆坯的方法，其特征在于在VD精炼工艺真空处理结束后，根据钢中的铝含量决定喂硅钙丝长度；喂硅钙丝结束后，软吹氩搅拌5-10分钟。
5.如权利要求1所述转炉工艺冶炼耐硫化氢腐蚀管线钢圆坯的方法，其特征在于在连铸工艺中中间包采用MgCa质涂层，并设置挡墙；同时控制铸机二冷水分布及二冷水比水量，使水的分布为一段占33％，二段占48％，三段占19％，比水量0.85-1.05L/Kg。
6.如权利要求1或3所述转炉工艺冶炼耐硫化氢腐蚀管线钢圆坯的方法，其特征在于所述LF精炼过程中钢水成分控制范围为[C]＝0.15-0.17％，[Si]＝0.23-0.27％，[Mn]＝1.22-1.28％，[S]＝0-0.005％，[V]＝0.04-0.07％。
7.如权利要求1或5所述转炉工艺冶炼耐硫化氢腐蚀管线钢圆坯所述的方法，其特征在于所述圆坯连铸工艺中按照不同规格铸坯对二冷比水量控制，对于Ф150mm为1.05L/Kg；对于Ф160mm为0.95L/Kg；对于Ф180mm为0.9L/Kg；对于Ф200mm为0.85L/Kg。
8.如权利要求1或5所述转炉工艺冶炼耐硫化氢腐蚀管线钢圆坯的方法，其特征在于所述圆坯连铸工艺中按照不同规格铸坯稳定拉速为，对于Ф150mm为2.5-3.2m/min；对于Ф160mm为2.2-2.8m/min；对于Ф180mm为1.8-2.3m/min；对于Ф200mm为1.5-2.0m/min。
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