CN109161630B - 一种抗hic管线钢的冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
一种抗HIC管线钢的冶炼方法，生产步骤包括铁水预处理、转炉、第一次LF精炼、RH真空处理、第二次LF精炼、VD真空处理、连铸。本发明提供了一种冶炼超低碳、超低硫、超低磷和高洁净度钢水的稳定控制工艺，钢水中C≤0.04、S≤0.001、P≤0.006、Ca=0.002~0.003之间、酸溶铝与全铝比值≥0.95，满足抗HIC管线钢对超低碳、超低硫、超低磷和高洁净度的成分控制要求。
Description
技术领域
本发明属于钢水冶炼生产技术领域，特别是涉及一种抗HIC管线钢的冶炼方法。
背景技术
氢致裂纹(Hydrogen Induced Crack-HIC)是钢在湿硫化氢环境中发生电化学腐蚀产生的氢原子进入钢内部的间隙中所致。由于长条状MnS夹杂物及其它条窜状类型的夹杂物与钢基体易产生间隙，且氢原子在条带状组织界面上容易扩散，当氢原子聚集结合成氢分子时，产生较大压力，于是形成平行于轧制面，沿轧制方向的裂纹。
通常抗HIC管线钢的成分设计为超低碳、超低硫、超低磷、高洁净度、降低易偏析元素锰、砷的含量，进行钙处理对夹杂物改性等，同时要降低成分的宏观偏析及其产生的带状组织。碳对抗HIC性能不利，当碳含量超过0.05%时，将导致锰和磷的偏析加剧，当碳含量小于0.04%时，能明显改善抗HIC性能。有研究表明，碳含量为0.05%时，Mn含量应小于1.3%，P含量应小于0.01%。硫严重恶化抗HIC性能，当钢中硫小于0.0012%时，HIC明显降低，如日本JFE生产的X65抗HIC管线钢，钢中硫含量在0.0008%以下，平均0.00047%。磷和锰的偏析易产生带状的硬化组织，降低抵抗HIC的能力。有研究认为，抗酸管线钢中心偏析区硬度在330HV以下时，抗HIC性能较好。钙能够对长条状MnS、条窜状Al2O3夹杂物改性，形成球状的CaO-Al2O3-CaS，日本NKK提出，钢中T.O≤20ppm，S≤10ppm时，Ca/S比控制在2~5范围内，抗HIC的性能较好。
为满足抗HIC管线钢对钢水成分的要求，目前对其冶炼工艺的研究和应用已有很大进展。中国专利CN103667875B采用铁水预处理脱硫、转炉双联法脱磷脱碳、LF炉脱硫、RH炉脱气的工艺过程；专利CN107151765B采用铁水预处理脱硫、转炉双渣法脱磷、RH炉脱碳脱气、LF炉脱硫后钙处理的工艺过程；专利CN102719614B采用铁水预处理脱硫、转炉单渣法脱磷、RH炉脱碳脱氧、LF炉脱硫、RH炉脱气后钙处理的工艺过程。单渣法往往需要大渣量深脱磷、高温出钢等，因而造渣料、钢铁料消耗高，而且单渣法脱磷率有限；双渣法使转炉热量损失大，且造渣、供氧、过程温度、倒渣等工艺控制难度大。双联法需要增加专用设备和改造生产线布置等，投入大，灵活性差；LF-RH工艺，要求转炉出钢时碳含量极低，不仅加剧了转炉脱碳的负担，而且需要消耗较多的脱氧剂，使钢中的夹杂物增多。RH-LF工艺要求转炉出钢时钢水温度高，影响转炉脱磷率，并且LF精炼后钢水纯净度较差，气体含量高，同时对原辅料、操作水平的要求比较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冶炼超低碳、超低硫、超低磷和高洁净度钢水的冶炼方法，通过铁水预处理、转炉顶底复吹、两次LF精炼、两次真空处理，以及分阶段钙处理的工艺，使得最终钢水中碳含量≤0.04、硫含量≤0.001、磷含量≤0.006、钙含量在0.002~0.003之间、酸溶铝与全铝比值≥0.95。本发明冶炼的钢水适用于抗HIC管线钢的生产。
本发明的技术方案：
一种抗HIC管线钢的冶炼方法，生产步骤包括：
（1）铁水预处理：铁水成分按重量百分比为C=3.5~5.5，Si=0.30~0.60，Mn=0.25~0.45，S≤0.05，P≤0.17；进行铁水预处理脱硫，脱硫前后扒渣干净，出站时铁水中硫含量≤0.005，铁水温度≥1250℃；
（2）转炉：转炉采用单渣法，并使用优质造渣料和废钢，控制出钢时硫含量≤0.010%；
采用低温出钢、留氧出钢并挡渣出钢，控制出钢温度为1540~1560℃，钢水中碳含量为0.04~0.06、氧含量为0.05~0.07、磷含量≤0.010；
（3）第一次LF精炼：控制转炉出钢后到LF进站时间≤20min，进站后送电加热钢水，当钢水温度升至1540~1560℃时抬电极加入石灰、精炼合成渣、微碳锰铁造渣；然后调整送电强度控制钢水温度1540~1560℃，底吹氩强搅拌10~20min，再软吹5~10min后扒渣干净；之后再次加入石灰、精炼合成渣，继续加热钢水到1640℃以上，控制出站时钢水磷含量≤0.005；
（4）RH真空处理：RH真空处理脱碳、脱氧，控制真空处理后钢水碳含量≤0.030、氧含量≤0.010；破真空后快速喂入铝线脱氧，喂线速度220~250m/min，喂入长度为100~150m；
（5）第二次LF精炼：进站测温取样，然后升温、造白渣、调整合金成分；控制钢水温度超过1640℃的白渣保持时间≥12min，将硫含量减少至0.0020以下；脱硫结束后软吹≥12min，然后进行钙处理，钙处理后再软吹5min以上；控制出站时钢水温度1600~1640℃，控制钢水增碳量≤0.005；
（6）VD真空处理：VD真空搅拌脱气及进一步脱硫，保持≤67Pa的高真空度，底吹氩强搅拌时间≥15min，软吹时间≥15min，控制钢水中氢含量≤1.5ppm、硫含量≤0.0010；破真空后进行钙处理，钙处理后软吹5~10min；
（7）连铸采用全保护浇注。
进一步地，所述生产步骤（1）中，铁水预处理采用KR搅拌法脱硫，加入镁质脱硫剂，加入量≤0.50kg/t，处理时间≤25min，使脱硫后铁水温度≥1320℃。
优选地，所述生产步骤（2）中，造渣料包括石灰、轻烧白云石、萤石、铁矿石，渣量≤72kg/t，控制终渣碱度为3.0~3.5，FeO=12~20。
优选地，所述生产步骤（3）中，精炼合成渣主要组成CaO =40~50、Al2O3 =40~50、SiO2≤4、MgO =2~10，且石灰与精炼合成渣的加入比例控制在2~3之间。
进一步优选地，所述生产步骤（3）中精炼合成渣主要组成为CaO= 45.6、Al2O3=43.2、SiO2=3.1、MgO= 3.3。
优选地，所述生产步骤（4）中，控制RH真空压力≤10mbar，处理时间≥10min。
优选地，所述生产步骤（5）中，钙处理分2~3次进行，每次喂入纯钙线45~75m，间隔时间20~40s。
优选地，所述生产步骤（6）中，破真空后一次喂入纯钙线120~160m。
进一步地，步骤（1）～（3）中涉及的扒渣干净或挡渣出钢，要求扒渣或挡渣后渣层厚度≤25mm。
进一步地，步骤（3）、步骤（5）和步骤（6）中涉及的底吹氩强搅拌，氩气流量为600~800L/min；涉及的软吹，氩气流量由100L/min逐渐减小至10L/min。
本发明的有益效果：本发明采用KR+LD+LF+RH+LF+钙处理+VD+钙处理的工艺流程，即利用炉外精炼脱磷、脱碳，大大减轻转炉脱磷、脱碳负担，降低钢水氧化性，降低铁水比和出钢温度，提高钢水收得率，提高转炉的使用寿命，同时减少强脱氧剂的使用，降低钢中非金属夹杂物数量；选择铁水预脱硫、控制转炉增硫、通过LF造白渣、以及VD真空搅拌的脱硫工艺，是生产超低硫中厚板的最理想的工艺，非常容易实现低于0.001%超低硫的冶炼，而且能够减轻LF炉的脱硫负担，从而降低第二次LF炉精炼过程增碳的不利影响；设计脱氧脱硫后钙处理对B类夹杂物改性，以及真空后喂入钙以控制A类夹杂物的形成，且钙处理前后充分进行软吹，有利于减少钢水中需要改性的夹杂物数量、及其上浮逸出，以及稳定、均匀地控制钢水中的钙含量。本发明工艺过程稳定，能够保证钢水成分控制在目标之内，满足抗HIC管线钢对超低碳、超低硫、超低磷和高洁净度的成分控制要求。同时本发明的冶炼方法适合生产其它要求超低碳、超低硫、超低磷和高洁净度的钢种。
具体实施方式
下面用一组实施例对本发明作进一步说明。
一种抗HIC管线钢的冶炼方法，生产步骤包括：
（1）铁水预处理：铁水成分要求按重量百分比为C=3.5~5.5，Si=0.30~0.60，Mn=0.25%~0.45，S≤0.05，P≤0.17；进行铁水预处理脱硫，脱硫前后扒渣干净，并确保出站时铁水中S≤0.005，铁水温度≥1250℃；
（2）转炉：转炉采用单渣法，并使用优质造渣料和废钢，确保出钢时S≤0.010；采用低温出钢、留氧出钢、并挡渣出钢，控制终点出钢温度为1540~1560℃，钢水中碳含量为C=0.04~0.06、O=0.05~0.07、P≤0.010；
（3）第一次LF精炼：控制转炉出钢后到LF进站时间≤20min，进站后送电加热钢水，当钢水温度升至1540~1560℃时，抬电极加入石灰、精炼合成渣、微碳锰铁造渣，然后调整送电强度控制钢水温度在1540~1560℃之间，底吹氩强搅拌10~20min，再软吹5~10min后扒渣干净，之后再次加入石灰、精炼合成渣，继续加热钢水到1640℃以上；控制出站时钢水中S≤0.005；
（4）RH真空处理：通过RH轻处理脱碳、脱氧，控制真空处理后钢水C≤0.030、O≤0.010；破真空后快速喂入铝线脱氧，喂线速度为220~250m/min，喂入长度为100~150m；
（5）第二次LF精炼：进站测温取样，然后升温、造白渣、调整合金成分；控制钢水温度超过1640℃的白渣保持时间≥12min，将硫含量减少至0.0020以下；脱硫结束后软吹≥12min，然后进行钙处理，钙处理后再软吹5min以上；控制出站时钢水温度1600~1640℃，控制钢水增碳量≤0.005；
（6）VD真空处理：通过VD真空搅拌脱气及进一步脱硫，保持≤67Pa的高真空度，底吹氩强搅拌时间≥15min，软吹时间≥15min，控制钢水中H≤1.5ppm、S≤0.0010；
破真空后进行钙处理，钙处理后软吹5~10min；
（7）连铸采用全保护浇注。
所述步骤（1）中，优选地，铁水预处理采用KR搅拌法脱硫，加入镁质脱硫剂，加入量≤0.50kg/t，处理时间≤25min，使脱硫后铁水温度≥1320℃。
所述步骤（2）中，优选地，造渣料包括石灰、轻烧白云石、萤石、铁矿石，渣量≤72kg/t，控制终渣碱度为3.0~3.5，FeO=12~20。
所述步骤（3）中，优选地，精炼合成渣主要组成包括CaO =40~50、Al2O3=40~50、SiO2≤4、MgO=2~10，且石灰与精炼合成渣的加入比例控制在2~3之间；进一步优选地，精炼合成渣主要组成为CaO =45.6、Al2O3=43.2、SiO2=3.1、MgO= 3.3。
所述步骤（4）中，优选地，控制RH真空压力≤10mbar，处理时间≥10min。
所述步骤（5）中，优选地，钙处理分2~3次进行，每次喂入纯钙线45~75m，间隔时间20~40s。
所述步骤（6）中，优选地，破真空后一次喂入纯钙线120~160m。
进一步地，步骤（1）～（3）中，涉及的扒渣干净或挡渣出钢，要求扒渣或挡渣后渣层厚度≤25mm。
进一步地，步骤（3）、步骤（5）和步骤（6）中，涉及的底吹氩强搅拌，氩气流量为600~800L/min；涉及的软吹，氩气流量由100L/min逐渐减小至10L/min。
实施例各生产工序的冶炼成分控制如表1。实施例冶炼过程具体工艺参数如表2。
由此可见，按照本发明的冶炼方法，能够稳定控制钢水中的C≤0.04、C≤0.001、P≤0.006、Ca=0.002~0.003之间、酸溶铝与全铝比值≥0.95，满足抗HIC管线钢对超低碳、超低硫、超低磷和高洁净度钢水的质量要求。
表1 实施例各生产工序的冶炼成分控制（重量百分比，%）
表2 各实施例冶炼过程具体工艺参数
Claims (10)
1.一种抗HIC管线钢的冶炼方法，其特征在于生产步骤包括：
（1）铁水预处理：铁水成分按重量百分比为C=3.5%~5.5%，Si=0.30%~0.60%，Mn=0.25%~0.45%，S≤0.05%，P≤0.17%；进行铁水预处理脱硫，脱硫前后扒渣干净，出站时铁水中S≤0.005%，铁水温度≥1250℃；
（2）转炉：转炉采用单渣法，并使用优质造渣料和废钢，控制出钢时S≤0.010%；采用低温出钢、留氧出钢并挡渣出钢，控制出钢温度为1540~1560℃，钢水中C=0.04%~0.06%、O=0.05%~0.07%、P≤0.010%；
（3）第一次LF精炼：控制转炉出钢后到LF进站时间≤20min，进站后送电加热钢水，当钢水温度升至1540~1560℃时抬电极加入石灰、精炼合成渣、微碳锰铁造渣；然后调整送电强度控制钢水温度1540~1560℃，底吹氩强搅拌10~20min，再软吹5~10min后扒渣干净；之后再次加入石灰、精炼合成渣，继续加热钢水到1640℃以上，控制出站时钢水P≤0.005%；
（4）RH真空处理：RH真空处理脱碳、脱氧，控制真空处理后钢水C≤0.030%、O≤0.010%；破真空后快速喂入铝线脱氧，喂线速度220~250m/min，喂入长度为100~150m；
（5）第二次LF精炼：进站测温取样，然后升温、造白渣、调整合金成分；控制钢水温度超过1640℃的白渣保持时间≥12min，将硫含量减少至S≤0.0020%；脱硫结束后软吹≥12min，然后进行钙处理，钙处理后再软吹5min以上；控制出站时钢水温度1600~1640℃，控制钢水增碳量≤0.005%；
（6）VD真空处理：VD真空搅拌脱气及进一步脱硫，保持≤67Pa的高真空度，底吹氩强搅拌时间≥15min，软吹时间≥15min，控制钢水中H≤1.5ppm、S≤0.0010%；破真空后进行钙处理，钙处理后软吹5~10min；
（7）连铸采用全保护浇注。
2. 根据权利要求1 所述的一种抗HIC管线钢的冶炼方法，其特征在于：所述生产步骤（1）中，铁水预处理采用KR搅拌法脱硫，加入镁质脱硫剂，加入量≤0.50kg/t，处理时间≤25min，使脱硫后铁水温度≥1320℃。
3. 根据权利要求1 所述的一种抗HIC管线钢的冶炼方法，其特征在于：所述生产步骤（2）中，造渣料包括石灰、轻烧白云石、萤石、铁矿石，渣量≤72kg/t，控制终渣碱度为3.0~3.5，FeO=12%~20%。
4. 根据权利要求1 所述的一种抗HIC管线钢的冶炼方法，其特征在于：所述生产步骤（3）中，精炼合成渣主要组成CaO =40%~50%、Al2O3 =40%~50%、SiO2≤4%、MgO =2%~10%，且石灰与精炼合成渣的加入比例控制在2~3之间。
5. 根据权利要求4 所述的一种抗HIC管线钢的冶炼方法，其特征在于：精炼合成渣主要组成为CaO= 45.6%、Al2O3=43.2%、SiO2=3.1%、MgO= 3.3%。
6. 根据权利要求1 所述的一种抗HIC管线钢的冶炼方法，其特征在于：所述生产步骤（4）中，控制RH真空压力≤10mbar，处理时间≥10min。
7. 根据权利要求1 所述的一种抗HIC管线钢的冶炼方法，其特征在于：所述生产步骤（5）中，钙处理分2~3次进行，每次喂入纯钙线45~75m，间隔时间20~40s。
8. 根据权利要求1 所述的一种抗HIC管线钢的冶炼方法，其特征在于：所述生产步骤（6）中，破真空后一次喂入纯钙线120~160m。
9. 根据权利要求1 所述的一种抗HIC管线钢的冶炼方法，其特征在于：步骤（1）～（3）中涉及的扒渣干净或挡渣出钢，要求扒渣或挡渣后渣层厚度≤25mm。
10. 根据权利要求1 所述的一种抗HIC管线钢的冶炼方法，其特征在于：步骤（3）、步骤（5）和步骤（6）中涉及的底吹氩强搅拌，氩气流量为600~800L/min；涉及的软吹，氩气流量由100L/min逐渐减小至10L/min。
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