一种抗HIC/SSCC用钢的冶炼方法

摘要

本发明为一种抗HIC/SSCC钢的转炉冶炼及炉外精炼控制方法。采用转炉-CAS站-LF精炼-VD/RH真空-钙处理-软吹-连铸的冶炼工艺路线。通过对转炉冶炼过程工艺控制，得到满足抗HIC/SSCC用钢的低磷要求，同时，通过对转炉出钢过程进行强脱氧、合金化及渣洗，以去除部分脱氧夹杂物，利用渣洗的充分搅拌脱去钢液中60%以上的硫。在LF精炼过程中，通过调整精炼炉渣的成分，得到高碱度、高Al2O3、强还原性的精炼炉渣，通过炉渣-钢液-夹杂物之间的平衡，使夹杂物实现向低熔点的转变和去除。在真空处理炉保持合适真空处理时间和真空度，以去除部分气体和夹杂物，破空后向钢液中喂入过量的钙线，然后对钢液进行软吹搅拌20min以上，得到超低氧和超低硫钢液。

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术领域，特别涉及到低磷、超低氧、超低硫等的转炉、炉外精炼冶炼方法。

背景技术

随着世界石油天然气工业的不断发展，油气钻采逐步向西南部和海上进展，钻采油层深度增加，但许多油田的油气都含有H₂S。例如，中国四川罗家寨油井，油气中的H₂S含量高达15% ~ 18%，川东油田讲渡线输气管道输送的油气中H₂S含量达1%。H₂是石油和天然气中最具有腐蚀作用的有害介质之一，它会导致原油储罐、油气输送管线等用钢产生氢致裂纹，严重影响其使用寿命。

HIC（氢致开裂）和SSCC（硫化物应力腐蚀）是原油储罐、输油输气管线等最主要失效形式之一。影响HIC和SSCC的因素很多，就材料本身而言，主要是钢的成分、非金属夹杂物的数量和形状、偏析等因素。这些影响因素主要在成分设计、冶炼和浇注过程进行控制，因此做好抗HIC/SSCC用钢的冶炼控制是非常关键的。中国专利申请号CN201110080746.4“抗HIC铁素体系耐热钢及其制备工艺”、CN200910089348.1“一种控制抗HIC管线钢中非金属夹杂的方法”均涉及有关抗HIC钢的技术，有说明生产工艺流程的，也有侧重加热及轧制工艺的，但不涉及具体的关于抗HIC/SSCC钢的冶炼过程控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗HIC/SSCC钢的冶炼方法，通过对转炉吹炼工艺及炉外精炼工艺控制，得到合适的LF精炼炉渣，提高钢-渣界面反应的能力、炉渣对夹杂物的吸附能力和脱硫能力，进而得到低磷、超低氧、超低硫且C类低倍偏析不超过1.0级铸坯，提高该类钢使用过程中抗HIC、抗SSCC的能力。

发明的技术方案：

一种抗HIC/SSCC钢的冶炼方法，具体控制步骤如下：

（1）转炉冶炼前一炉结束后将转炉中残钢残渣倒干净，入炉铁水进行预处理后扒干净预处理炉渣，P含量不超过0.17%，Si含量为0.40%~0.60%，废钢比≤15%，石灰和白云石按正常冶炼要求进行准备；

（2）转炉冶炼采用双渣法，吹炼全程实行底吹氩，吹炼前期的顶吹供氧工艺以低枪位大流量为主进行操作，吹炼后期采用正常的顶吹供氧工艺进行操作，转炉终点控制为C=0.03% ~ 0.10%,P≤0.010%，温度为1610 ~ 1650℃；

（3）转炉出钢实行挡渣出钢，避免出钢下渣，出钢过程进行铝脱氧合金化及预精炼操作，出钢1/5时开始加入合金及预精炼渣，出钢3/5时加完，出钢结束采用强底吹氩操作，以均匀钢水成分和温度，同时根据钢水中铝含量进行喂铝线操作，钢液中的酸溶铝含量控制为0.04% ~ 0.08%；

（4）LF精炼过程造渣渣料分两批加入，10min左右造出高碱度、强还原性精炼炉渣，为保证精炼炉渣的强还原性，精炼过程分三次向渣面撒入适量铝粒，精炼结束时精炼终渣的碱度≥7，CaO /Al₂O₃=1.0 ~ 1.5,VD真空处理时的真空度≤67Pa，真空处理时间20min，VD破空后喂入500m纯钙线，然后进行软吹，软吹时间≥15min，钢中的硫含量按≤0.0020%、总氧≤0.0010%进行控制；

（5）连铸控制连浇炉次过热度≤15℃，浇注过程保证二冷区冷速和铸坯拉速的配匹，确保结晶器液面平稳，铸坯应堆冷36小时，铸坯C类低倍偏析不超过1.0级。

本方法针对抗HIC/SSCC用钢的技术要求进行开发的一种冶炼控制方法。通过工业试验结果表明，采用本方法生产的抗HIC/SSCC用钢的平均裂纹长度率（CLR）、平均裂纹厚度率(CTR)和平均裂纹敏感率(CSR)都完全满足技术要求，为抗HIC/SSCC用钢的工业生产提供冶炼工艺方法。步骤（1）中要求了入炉铁水P含量、Si含量及入炉废钢比；步骤（2）中要求转炉采用双渣法顶底复吹操作，吹炼前期供氧工艺以低枪位大流量为主，同时要求了转炉终点控制目标成分和温度；步骤（3）中要求所用的铝脱氧剂为高铝锰铁，加入的预精炼渣成分组成为CaO、CaF₂、Al₂O₃，同时对转炉炉后钢水中的酸溶铝含量提出了控制要求；步骤（4）要求了LF精炼终渣的碱度及CaO/Al₂O₃的比值，同时要求了VD真空处理时的真空度、真空处理时间及破空后钙处理喂入的纯钙线量，还要求了钙处理后的软吹时间和钢中硫、总氧的控制含量；步骤（5）要求了连浇炉次过热度控制、铸坯C类低倍偏析控制及铸坯堆冷时间等。

本发明的进步效果:通过调整转炉冶炼过程中炉内温度、炉渣碱度等，得到具有良好动力学条件和热力学条件的钢液和炉渣，冶炼出低磷钢水；同时，通过调整精炼炉渣的成分来提高钢-渣界面反应能力和炉渣吸附钢中夹杂物的能力，从而实现夹杂物的转变和去除，并且通过喂入过量的钙线，得到超低氧、超低硫及抗HIC/SSCC钢要求的洁净钢水。

附图说明

图1、图2分别为实施例1得到的抗HIC/SSCC钢中的典型非金属夹杂物SEM-EDS照片与能谱分析图。

图3、图4分别为实施例2得到的抗HIC/SSCC钢中的典型非金属夹杂物SEM-EDS照片与能谱分析图。

具体实施方式

实施例一：

入炉铁水先进行铁水预处理，处理后铁水成分：S=0.012%，P=0.15%，Si=0.43%，温度1295℃，铁水入转炉前将渣扒干净。转炉冶炼加入铁水及废钢，铁水135吨，废钢18吨。转炉冶炼采用双渣法操作，转炉终点控制C=0.080%，P=0.010%，温度为1630℃；严格挡渣出钢，出钢时间5min，出钢1/5时向钢包中加入铝脱氧剂进行脱氧，同时向钢包中加入合成渣900kg，出钢2/5时加完合金及渣料，其他合金按正常要求添加；转炉炉后对钢液进行强吹氩搅拌，钢中酸溶铝含量为0.063%，温度为1572℃，喂100 m铝线。

钢水运送到LF精炼工位后先接通吹氩管对钢液进行底吹氩，然后进行测温、取样，测得温度为1558℃。然后加入第一批渣料，渣料主要成分为CaO、CaF₂、Al₂O₃，送电造渣10min后进行测温取样，并向渣面撒入适量的铝粒，再继续送电加热，10min后停止送电并测温、取样；温度合适时可进行合金成分调整，然后加入第二批渣料并送电化渣，10min后停止送电，并测温、取样，同时向渣面撒入适量铝粒，得到高碱度、高Al₂O₃、强还原性精炼终渣，LF精炼结束时喂入200m纯钙线，VD真空处理的真空度为67Pa，保真空时间为18min，VD破空后喂入500m纯钙线，然后进行软吹，软吹18min后测温、取样，上连铸浇铸，浇铸钢水平均过热度≤15℃，典拉速度进行稳态浇铸，铸坯堆冷36小时。

对铸坯取低倍样进行低倍分析，并取了夹杂物样进行夹杂物分析，成品硫含量0.0013%，按要求取50mm厚的钢板试样进行抗HIC检测，检测使用的是A溶液，同时按要求取试样进行SSCC检测。低倍分析结果为C类偏析≤1.0级，见图1，钢中典型夹杂物分析表明，钢中夹杂物极大部分为氧化钙含量很高的高熔点钙铝酸盐和硫化钙，如图3；抗HIC检测结果表明，其平均裂纹长度率（CLR）最大为1.35%,平均裂纹厚度率（CTR）最大为0.38%，平均裂纹敏感率（CSR）最大0.043%，都完全满足技术要求（CLR≤15%,CTR≤2%,CSR≤5%）。SSCC检测试验按照标准GB/T 4157-2006中的A法进行，试验采用工作段直径为6.35 mm的拉伸试样进行应力腐蚀试验，并按80% SMYS对试样进行加载，试验周期为720h。试验结果表明，试样都没有产生裂纹。

 

实施例二：

入炉铁水先进行铁水预处理，处理后铁水成分：S=0.013%，P=0.15%，Si=0.46%，温度1291℃，铁水入转炉前必须将渣扒干净。转炉冶炼加入铁水及废钢，铁水133吨，废钢15吨。转炉冶炼采用双渣法操作，转炉终点控制C=0.060%，P=0.008%，温度1627℃；严格挡渣出钢，出钢时间5min，出钢1/5时向钢包中加入铝脱氧剂进行脱氧，同时向钢包中加入合成渣900kg，出钢2/5时加完合金及渣料，其他合金按正常要求添加；转炉炉后对钢液进行强吹氩搅拌，钢中酸溶铝含量为0.069%，温度为1570℃，喂80 m铝线。

钢水运送到LF精炼工位后先接通吹氩管对钢液进行底吹氩，然后进行测温、取样，测得温度为1553℃。然后加入第一批渣料，渣料主要成分为CaO、CaF₂、Al₂O₃，送电造渣10min后进行测温取样，并向渣面撒入适量的铝粒，再继续送电加热，10min后停止送电并测温、取样；温度合适时可进行合金成分调整，然后加入第二批渣料并送电化渣，10min后停止送电，并测温、取样，同时向渣面撒入适量铝粒，得到高碱度、高Al₂O₃、强还原性精炼终渣，LF精炼结束时喂入200m纯钙线，VD真空处理的真空度为67Pa，保真空时间为18min，VD破空后喂入500m纯钙线，然后进行软吹，软吹18min后测温、取样，上连铸浇铸，浇铸钢水平均过热度≤15℃，典拉速度进行稳态浇铸，铸坯堆冷36小时。

对铸坯取低倍样进行低倍分析，并取了夹杂物样进行夹杂物分析，成品硫含量0.0016%，按要求取70mm厚的钢板试样进行抗HIC检测，检测使用的是A溶液，同时按要求取试样进行SSCC检测。低倍分析结果为C类偏析≤1.0级，见图2；典型夹杂物分析表明，钢中夹杂物极大部分都为氧化钙含量很高的高熔点钙铝酸盐和硫化钙，见图3；抗HIC检测结果表明，其平均裂纹长度率（CLR）最大为3.60%,平均裂纹厚度率（CTR）最大为0.46%，平均裂纹敏感率（CSR）最大0.52，都完全满足技术要求（CLR≤15%,CTR≤2%,CSR≤5%）。SSCC检测试验按照标准GB/T 4157-2006中的A法进行，试验采用工作段直径为6.35 mm的拉伸试样进行应力腐蚀试验，并按80% SMYS对试样进行加载，试验周期为720h。试验结果表明，试样都没有产生裂纹。