一种管线钢的钙处理方法

摘要

本发明涉及一种管线钢的钙处理方法，其包含以下步骤：(1)将铁水脱硫后兑入转炉进行冶炼，转炉出钢；(2)将步骤(1)转炉出钢后的钢液依次进行LF造渣精炼，RH炉真空精炼；(3)调整成分，控制钢液和钢包顶渣成分；(4)喂钙线，软吹搅拌；(5)连铸。使用本发明的钙处理方法，将钢液中存在的固相Al2O3转化为液态形式，利于其排除钢液，减少水口结瘤物的产生，降低或抑制钢液中大型夹杂物的生成，提高成品品质。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金工业中的炼钢工艺技术，尤其涉及一种管线钢的钙处理 方法。

背景技术

随着油气开发和运输的环境呈恶化的趋势，对管线钢具备远距离输送安 全性和经济性的要求也越来越高，不仅需要管线钢具有高强度、高低温止裂 韧性及良好的焊接性，对特殊地区的管线钢还要求有抗H₂S腐蚀能力和抗大 应变能力。在特殊环境中，导致管线钢失效的主要质量问题是氢致开裂(HIC) 和硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)。提高管线钢抗HIC和抗SSCC能力，必须尽 可能降低钢中夹杂物含量，控制好夹杂物形态，尤其是钢中的脆性夹杂Al₂O₃和塑性夹杂MnS的控制。现阶段，部分高等级管线钢对钢中夹杂物评级要求 极其苛刻，B类细系夹杂要求≤1.0级，其他类夹杂物≤0.5级，对炼钢工序 构成了极大的挑战。对钢液进行Ca处理是达到这一目标极其重要的一个方 面。

现有的钢液Ca处理工艺包括两个方面：1)加入工艺。涵盖加入工序位 置、加入方式、加入速度等；2)加入量。一般以经验方法确认，常见的有两 种，一种是通过钢液中的Ca/Al或Ca/S来确定，另一种通过Ca/O来确定。 如何确认钙加入量，从而抑制钢液中杂物的生成，提高钢的品质抑制是困扰 本领域技术人员的难题之一。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一 种新的管线钢的钙处理方法，以期解决管线钢钙处理时钙加入量确认的难题， 为管线钢的纯净化生产提供有力的保障。具体要点为：在尽可能去除钢液中 氧化物夹杂尤其是大型氧化物夹杂和钢液中硫含量的基础上，依据钢液脱氧 和脱硫反应的热力学理论，以钢液中的总氧和硫含量为标准，向钢液中加入 一定量的Ca，将钢液中存在的固相Al₂O₃转化为液态形式，利于其排除钢液， 减少水口结瘤物的产生，降低或抑制钢液中大型夹杂物的生成，提高成品品 质。

在管线钢Ca处理时，其直接目的是将钢液中固相Al₂O₃转化为液相，最 终实现钢液的洁净化。由于Ca的化学活性非常高，任何可能的氧源都需要 尽量抑制。为此，本发明要求主要氧源之一的钢包顶渣需尽可能脱氧，具体 指标为(wt％FeO)+(wt％MnO)≤1.2，以提高Ca的利用率，减少额外生成的 氧化物污染钢液。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种管线钢的钙处理方法，其包含以下步骤：

(1)将铁水脱硫后兑入转炉进行冶炼，转炉出钢；

(2)将步骤(1)转炉出钢后的钢液依次进行LF造渣精炼，RH炉真空 精炼；

(3)调整成分，控制钢液和钢包顶渣成分；

(4)喂钙线，软吹搅拌；

(5)连铸。

优选的，步骤(3)中，调整成分后，钢包顶渣的组成中CaO(wt％)/Al₂O₃(wt％)＝1.6～1.7，CaO(wt％)+Al₂O₃(wt％)＝80～90％。本发明中所有的 wt％为重量百分比，即CaO的重量百分比与Al₂O₃重量百分比的比值为 1.6～1.7；CaO的重量百分比与Al₂O₃重量百分比的总和为80～90％。

步骤(3)中，调整成分后，钢液主要成分(wt％)为：[C]0.03～0.1， [Si]0.2～0.5，[Mn]0.8～2.0，[Al]0.02～0.06，[P]0.01～0.015，[S]≤0.003。

钢液中存在的Al₂O₃夹杂和生成的液相复合夹杂，随着钢液的流动，不 断地排除到钢包顶渣和钢液界面，部分吸附和溶解于顶渣中，为钢包顶渣所 吸收，部分再次回到钢液中，本发明中步骤(3)调整成分后得到前述的钢包 顶渣的组成，可以有效提高钢包顶渣对上浮夹杂的吸附和溶解能力。

优选的，步骤(4)中，全程钢包底部吹氩气搅拌：喂钙线过程中，氩气 流量为6.67-33.33Nl/h·t钢，喂钙线后软吹搅拌过程中，氩气流量为16.67-50 Nl/h·t钢；喂钙线后软吹搅拌的时间优选为5-20min。

优选的，步骤(4)中喂入Ca的量控制在下述范围内(W_Ca，min～W_Ca，max)：

W_Ca，min＝(26.53*T[O]+15.82*[S]-79.58)/100，

W_Ca，max＝(40.67*T[O]+28.39*[S]+79.58)/100，

其中，W的单位为kg/100t钢，T[O]和[S]的单位为ppm。

Ca处理时，与生成最终夹杂物相关的化学反应可以表示如下：

2[Ca]+[S]＝(CaS)_(s)(1)

x[Ca]+y(Al₂O₃)＝(xCaO·zAl₂O₃)+2(y-z)[Al](2)

对于钢液中的硫而言，含量过高，在钢液凝固过程中会生成大量的MnS 夹杂，极易导致A类夹杂评级不合。此时进行Ca处理，钢液中容易生产高 熔点的CaS夹杂，同样不利于钢材性能的提高。为减少或避免CaS的生成， 本发明要求钢液中的硫[S]≤30ppm。

优选的，步骤(4)钙线的直径为10-20mm，喂钙线的速度为 200～300m/min。

本发明的钙处理方法，适用于管线钢类产品。关于Ca的加入方式，针 对高等级管线钢成本质量最优的生产工艺路径：转炉-LF炉-RH炉-连铸，本 发明摸索出喂入钙线的最佳时机是在RH炉后，此时钢液中夹杂物去除相对 较彻底，钢液中总氧较低，且操作便利性好。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)Ca处理后钢液中总氧含量约有15-20％的降低；

(2)钢液无单独存在的Al₂O₃颗粒，亦无单独存在的CaO颗粒，绝大部 分夹杂物以xCaO·yAl₂O₃或xCaO·yAl₂O₃·zCaS的形式存在；

(3)热轧后B类夹杂物评级水平显著改善，B类细系≤1.0级的合格率从 平均90％提高至96％；

(4)UOE焊管类产品焊缝处探伤表明，夹杂类缺陷发生率从0.52％降 低至0.35％。

综上，本发明的管线钢钙处理方法应用于管线钢精炼过程，能够降低钢 液中的总氧含量，精确地控制钢液中夹杂物的种类，显著地改善管线钢的产 品质量。为高等级管线钢的生产提供可靠的保障。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例1-4中的高等级管线钢所采用的冶炼工艺路径为：

(1)将铁水脱硫后兑入转炉进行冶炼，转炉出钢；

(2)将步骤(1)转炉出钢后的钢液依次进行LF造渣精炼，RH炉真空 精炼；

(3)调整成分，控制钢液和钢包顶渣成分；

(4)喂钙线，软吹搅拌；

(5)连铸。

实施例中仅重点描述步骤(3)和步骤(4)，其他步骤所涉及的技术手 段与现有技术中完全相同。

实施例1

RH炉真空精炼后，调整成分，钢包内钢液总氧为30ppm，硫含量为18 ppm，钢包顶渣主要成分为：SiO₂(wt％)＝4.21％，CaO(wt％)＝55.5％， Al₂O₃(wt％)＝33.16％，FeO(wt％)+MnO(wt％)＝0.59％。钢包转移至加钙工位， 钢包底吹气，喂钙线。钢包底吹氩气的流量：喂线过程为23.33Nl/h·t钢，软 吹过程为24.15Nl/h·t钢。Nl/h·t钢，钙线直径为16mm，喂入速度为248m/min。 钙线喂入结束，继续底吹气10min。喂入量折合纯钙为10kg/100t钢。分析 表明：中间包钢液总氧为14ppm，钢液无单独存在的Al₂O₃颗粒，亦无单独 存在的CaO颗粒，绝大部分夹杂物以xCaO·yAl₂O₃或xCaO·yAl₂O₃·zCaS的形 式存在，其中CaO(wt％)/Al₂O₃(wt％)的统计平均值为0.42，热轧后B类夹杂 物细系为1.0级，UOE探伤完全合格。

实施例2

RH炉真空精炼后，调整成分，钢包内钢液总氧为25ppm，硫含量为17 ppm，钢包顶渣主要成分为：SiO₂(wt％)＝5.33％，CaO(wt％)＝51.5％， Al₂O₃(wt％)＝36.16％，FeO(wt％)+MnO(wt％)＝1.01％。钢包转移至加钙工位， 钢包底吹气，喂钙线。底吹气流量：喂线过程为22.63Nl/h·t钢，软吹过程为 24.70Nl/h·t钢。Nl/h·t钢，钙线直径为16mm，喂入速度为255m/min。钙线 喂入结束，继续底吹气8min。喂入量折合纯钙为9kg/100t钢。分析表明： 中间包钢液总氧为13ppm，钢液无单独存在的Al₂O₃颗粒，亦无单独存在的 CaO颗粒，绝大部分夹杂物以xCaO·yAl₂O₃或xCaO·yAl₂O₃·zCaS的形式存在， 其中(wt％CaO)/(wt％Al₂O₃)的统计平均值为0.44，热轧后B类夹杂物细系为 0.5级，UOE探伤完全合格。

实施例3

RH炉真空精炼后，调整成分，钢包内钢液总氧为35ppm，硫含量为16 ppm，钢包顶渣主要成分为：SiO₂(wt％)＝4.61％，CaO(wt％)＝52.5％， Al₂O₃(wt％)＝34.16％，FeO(wt％)+MnO(wt％)＝0.95％。钢包转移至加钙工位， 钢包底吹气，喂钙线。底吹气流量：喂线过程为24.44Nl/h·t钢，软吹过程为 26.10Nl/h·t钢，钙线直径为16mm，喂入速度为250m/min。钙线喂入结束， 继续底吹气12min。喂入量折合纯钙为12kg/100t钢。分析表明：中间包钢 液总氧为14ppm，钢液无单独存在的Al₂O₃颗粒，亦无单独存在的CaO颗 粒，绝大部分夹杂物以xCaO·yAl₂O₃或xCaO·yAl₂O₃·zCaS的形式存在，其中 (wt％CaO)/(wt％Al₂O₃)的统计平均值为0.38，热轧后B类夹杂物细系为1.0 级，UOE探伤完全合格。

实施例4

RH炉真空精炼后，调整成分，钢包内钢液总氧为18ppm，硫含量为15 ppm，钢包顶渣主要成分为SiO₂(wt％)＝4.41％，CaO(wt％)＝54.5％， Al₂O₃(wt％)＝33.76％，FeO(wt％)+MnO₂(wt％)＝0.62％。钢包转移至加钙工位， 钢包底吹气，喂钙线。底吹气流量为：喂线过程为20.18Nl/h·t钢，软吹过程 为22.44Nl/h·t钢。，钙线直径为16mm，喂入速度为252m/min。钙线喂入 结束，继续底吹气7min，直至加钙过程结束。喂入量折合纯钙为6.8kg/100 t钢。分析表明：中间包钢液总氧为13ppm，钢液无单独存在的Al₂O₃颗粒， 亦无单独存在的CaO颗粒，绝大部分夹杂物以xCaO·yAl₂O₃或 xCaO·yAl₂O₃·zCaS的形式存在，其中(wt％CaO)/(wt％Al₂O₃)的统计平均值为 0.35，热轧后B类夹杂物细系为1.0级，UOE探伤完全合格。

统计400炉次的生产数据，采用本发明所述方法进行钙处理后，Ca处理 后钢液中总氧含量约有15-20％的降低；钢液无单独存在的Al₂O₃颗粒，亦无 单独存在的CaO颗粒，绝大部分夹杂物以xCaO·yAl₂O₃或xCaO·yAl₂O₃·zCaS 的形式存在；热轧后B类夹杂物评级水平显著改善，B类细系≤1.0级的合格 率从平均90％提高至96％；UOE焊管类产品焊缝处探伤表明，夹杂类缺陷发 生率从0.52％降低至0.30％。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围， 因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。