一种防止石油套管用连铸钢坯表面裂纹的工艺方法

摘要

本发明提供一种防止石油套管用连铸钢坯表面裂纹的工艺方法，其步骤包括：(1)电弧炉(EAF)冶炼工位，(2)钢包精炼炉(LF)处理工位，(3)真空精炼炉(VD)处理工位，(4)连铸(CCM)工位。本发明的效果是通过采用以上工艺，在使用150t超高功率电弧炉、150t钢包精炼炉、150t真空精炼炉、1机6流弧形圆坯连铸机等设备条件下的不断的修改和完善，通过对39Mn2V、39Mn2V/l两个钢种的生产，防止了石油套管用连铸钢坯表面裂纹的出现，提高了钢种的质量，并将废品量降低了60％。

说明书

技术领域

本发明涉及一种API标准中用于生产N80-1类石油套管用连铸坯的生产工艺，特别是一种防止石油套管用连铸钢坯表面裂纹的工艺方法。

背景技术

在炼钢生产中，轧制39Mn2V、39Mn2V/1是适用于生产《套管和油管规范》(API SPEC 5CT标准)中N80-1类石油套管的两个钢种，目前已广泛的应用于胜利油田、吐哈油田、青海油田、辽河油田等全国主要的石油企业。当前国内生产该品种主要的生产工艺为电弧炉(EAF)、钢包精炼炉(LF)、真空精炼炉(VD)、连铸(CCM)，但在生产中，这两个钢种在轧制过程中质量稳定性较差，经常在轧制后大量出现管体外折、裂纹等缺陷，进而导致大量的废品产生。造成此类缺陷的主要原因与非金属夹杂物超标及铸坯冷却过程中内部应力过大、铸坯在生产时低温矫直有关，这与生产工艺有很大的关系，主要原因在于：

首先，炼钢过程中，由于普遍的生产工艺大都使用铝、硅锰、硅铁合金进行脱氧，因此，在钢水中易生成坚硬、不变形的细小固体氧化铝夹杂以及硅酸根和金属氧化物化合而成的硅酸盐夹杂，二者若没有充分的时间上浮，会聚集在钢中，破坏钢的基本连续性，造成钢的组织不均匀，影响钢的各种性能。

另外，在连铸浇注时，由于这两个钢种的锰含量均在1.0～2.0％范围内，而在一般碳钢中，锰含量只在0.70％以下，对钢的性能影响不大，因为锰含量增加到1.0％～2.0％时，可使强度提高、塑性降低，易使晶粒粗化，内部应力较大。并且，钢在700～900℃时有一个脆性温度范围，在这个温度范围内，如在矫直时受到应力的作用易产生裂纹。因此，为了避免这种现象，必须采用调整二次冷却水的分布，使连铸坯在矫直时的表面温度避开这个温度区间以及适当的调整拉矫机的压力。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的是在不改变传统工艺流程的前提下，在按传统方法提高钢水洁净度，降低非金属夹杂物的同时，提供一种防止石油套管用连铸钢坯表面裂纹的工艺方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种防止石油套管用连铸钢坯表面裂纹的工艺方法，其具体步骤如下：

(1)电弧炉(EAF)冶炼工位

电炉冶炼时，为弥补废钢中碳含量的不足，通过合理的配加铁水和生铁来保障入炉料的配碳量在1.0~1.5％范围内，确保尽快造好泡沬渣，在25～35分钟内完成脱磷脱碳；为避免在轧制过程中五害元素(Pb、Sn、As、Sb、Bi)在晶界处偏聚，配料时避免一次性大量使用五害元素(Pb、Sn、As、Sb、Bi)含量较高的废钢，同时在冶炼时通过加入铁水和海绵铁用以稀释钢水中的五害元素；采用偏心炉底无渣出钢，防止氧化渣进入钢包中，利用留钢的方法在炉内留部分钢液(接近20t)，保证一定的电炉出钢温度；在出钢后半小时内钢水温度≥1520℃，确保钢水在真空精炼炉内有足够的高真空处理时间为≥8Min和镇静时间；

(2)钢包精炼炉(LF)处理工位

在精炼完毕后通过氩气弱搅拌保证钢水在浇注过程中温度均匀且有合适的过热度，上连铸温度控制在以下范围：

开浇炉温度：T_L+80+(0~5)℃

连浇炉温度：T_L+55+(0~5)℃

式中：T_L-------钢种的液相线温度

使已生的夹杂物充分上浮，同时要避免新的夹杂物生成；

(3)真空精炼炉(VD)处理工位

真空精炼炉通过真空底吹氩，促进夹杂物上浮，提高钢液纯净度；然后延长高真空处理时间为≥8Min和镇静时间，运用Ca处理技术使串簇状Al₂O₃变为易于排出的球状低熔点CaO-Al₂O₃系夹杂物，并保证喂Al丝和CaSi丝时间为间隔≥10Min；控制真空精炼炉结束时间，在连铸大包钢水剩40～50t时，下一包钢水要具备上连铸条件；剩30～40t时，下一包钢水起吊上连铸；

(4)连铸(CCM)工位

连铸大包的长水口采用密封圈，对大包套管全程吹氩，中包液位≥30t，使用对应的水表，保证二冷水喷雾，且生产时1、2区喷淋水选择串级，3区喷淋水控制在30L/Min，4区喷淋水关闭，对3区、4区喷淋水控制方式由串级方式变为手动方式；第一架拉矫机热坯压力设置为零，避开了脆性敏感温度区域700～900℃；在浇注后期大包浇钢完毕后，将拉速逐步降至起步拉速，中间包内剩余钢水高度≥200mm，以减少夹杂物被卷入铸坯中。

本发明的效果是通过采用以上工艺，在使用150t超高功率电弧炉、150t钢包精炼炉、150t真空精炼炉、1机6流弧形圆坯连铸机等设备条件下的不断的修改和完善，最终确定了39Mn2V、39Mn2V/1两个钢种的新的生产工艺，防止了石油套管用连铸钢坯表面裂纹的出现，提高了钢种的质量，并将废品量降低了60％。

具体实施方式

下面以39Mn2V、39Mn2V/1断面为φ270mm、φ310mm铸坯为实施例，对本发明的一种防止石油套管用连铸钢坯表面裂纹的工艺方法加以说明。

由于39Mn2V、39Mn2V/1铸坯冷却过程中内部应力很大、铸坯在进入拉矫机前若温度过低，就会在矫直后产生矫直裂纹，因此，我们在生产这两个钢种时对二次冷却的强度进行了调整，减弱了二冷区三区和四区的水量，将三区的冷却水量降低至30L/min，将四区水关闭，用以提高铸坯矫直温度，避开700～900℃的脆性温度范围。同时也调整了第一架拉矫机的压力，把第一架的拉矫机热坯压力降为0MPa，降低因在铸坯内部应力过大时进行矫直而引起芯部裂纹的可能。

本发明的一种防止石油套管用连铸钢坯表面裂纹的工艺方法主要是在不改变已有总的生产流程的前提下，对各个流程的工艺环节具体操作如下：

1、电弧炉(EAF)冶炼工位

电炉冶炼时，为弥补废钢中碳含量的不足，通过合理的配加铁水和生铁来保障入炉料的配碳量在1.0～1.5％范围内，确保尽快造好泡沬渣，在25～35分钟内完成脱磷脱碳的任务，防止冶炼周期过长造成的钢水过氧化进而增加氧化物夹杂的现象。为避免五害元素(Pb、Sn、As、Sb、Bi)在晶界处偏聚，降低钢的高温强度和塑性，在轧制过程中产生外折或裂纹，通过合理的配料方案，避免配料时一次性大量使用五害元素含量较高的废钢，同时在冶炼时通过加入铁水和海绵铁用以稀释钢水中的五害元素。采用偏心炉底无渣出钢，防止氧化渣进入钢包中，利用留钢的方法在炉内留部分钢液(约20t)。保证合适的电炉出钢温度，这不仅是保证钢液质量的关键，而且也是保证生产顺利进行的关键，其计算公式为：

出钢温度＝钢的液相线温度(1530℃)+(40～50℃)+出钢期间加合金及造渣料引起的温降

严格按照上述公式计算，确保出钢后半小时内钢水温度≥1520℃。以减少精炼工位加热时间，确保钢水在真空精炼炉有足够的高真空处理时间(≥8Min)和镇静时间。

2、钢包精炼炉(LF)处理工位

精炼处理是控制夹杂物非常重要的环节，不仅要让已生的夹杂物充分上浮，而且还要避免新的夹杂物生成。因此要求其在调配好各个成分的同时，在精炼完毕后通过氩气弱搅拌保证钢水在浇注过程中温度均匀且有合适的过热度，上连铸温度控制在以下范围：

开浇炉温度：T_L+80+(0～5)℃

连浇炉温度：T_L+55+(0～5)℃

式中：T_L-------钢种的液相线温度

防止因铸温偏高而造成的二次氧化造成的铸坯内部夹杂和矫直裂纹。

3、真空精炼炉(VD)处理工位

VD炉通过真空底吹氩，达到对钢水脱氢、脱氮、脱氧和脱硫的目的，促进夹杂物上浮，提高钢液纯净度。在做到这些的同时，延长高真空处理时间(≥8Min)和镇静时间，控制好喂Al丝和CaSi丝的时间以提高钙处理效果，要求喂Al丝和CaSi丝时间间隔≥10Min，通过Ca处理，可充分将钢中的残留Al₂O₃转化为低熔点的复合产物，容易排出钢液，以利于充分去除钢水中的B类夹杂(Al₂O₃)。达到夹杂物变性及净化钢液作用，控制好VD结束时间，在连铸大包钢水剩40～50t时，下一包钢水要具备上连铸条件；剩30～40t时，下一包钢水起吊上连铸。这样就确保了钢水在浇注前有足够的镇静时间，使夹杂物充分上浮。

4、连铸(CCM)工位

连铸大包长水口采用密封圈、确保大包套管全程吹氩保证，中包液位≥30t，两钢种仍然使用工艺卡中各自对应的水表，保证二冷水喷雾良好。如下表所示，生产时1、2区喷淋水选择串级，3区喷淋水控制在30L/Min，4区喷淋水关闭，控制方式由原来的串级方式变为手动方式；第一架拉矫机热坯压力设置为零，避开了脆性敏感温度区域。在浇注后期大包浇钢完毕后，必须将拉速逐步降至起步拉速，中间包内剩余钢水高度≥200mm以上以减少夹杂物被卷入铸坯中。

①二冷水强度的调整

Ф270mm规格  1区水量L/min控制方式  2区水量L/min控制方式  3区水量L/min控制方式  4区水量L/min控制方式总计L/min  调整前  29.7  串级  56.5  串级  33.0  串级  33.0  串级  152.3  调整后  29.7  串级  56.5  串级  30  手动  0  手动  116.2Φ310mm规格  1区水量L/min控制方式  2区水量L/min控制方式  3区水量L/min控制方式  4区水量L/min控制方式总计L/min  调整前  49.9  串级  60.2  串级  31.0  串级  31.0  串级  172.1  调整后  49.9  串级  60.2  串级  30  手动  0  手动  140.1

②对第一架拉矫机的压力的调整

  拉矫机压力           规格  1#拉矫机  2#拉矫机  3#拉矫机  4#拉矫机  5#拉矫机φ270mm  调整前  1～1.6MPa  1.3～1.8MPa  1.3～1.8MPa  1.3～1.8MPa  1.5～2.0MPa  调整后  0MPa  1.3～1.8MPa  1.3～1.8MPa  1.3～1.8MPa  1.5～2.0MPaφ310mm  调整前  1.6～2.0MPa  1.8～2.3MPa  1.8～2.3MPa  1.8～2.3MPa  2.0～2.3MPa  调整后  0MPa  1.8～2.3MPa  1.8～2.3MPa  1.8～2.3MPa  2.0～2.3MPa