專利名稱：一種rh-lf-rh精煉生產(chǎn)抗酸管線鋼的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高級別抗酸管線鋼的冶煉生產(chǎn)領(lǐng)域，涉及利用轉(zhuǎn)爐煉鋼和RH-LF-RH精煉準確控制鋼中成分的冶煉工藝，該工藝既能大大減輕轉(zhuǎn)爐脫碳負擔，降低鋼水氧化性和出鋼溫度，延長轉(zhuǎn)爐爐齡，又能充分發(fā)揮LF爐精煉脫硫功效，RH真空二次處理消除LF過程增碳的不利影響，減少強脫氧劑加入量，降低鋼中脫氧夾雜物，提高純凈度，爐次成分均勻，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，可操作性強，滿足抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼對低碳、低硫和高純凈度的成分控制要求。
背景技術(shù)：
管道輸送是長距離輸送石油、天然氣最經(jīng)濟、合理的運輸方式，具有高效、經(jīng)濟、安全等特點。目前輸送管道正向大口徑、高壓力方向發(fā)展。管線鋼在要求高強度的同時還要求具有高的低溫止裂韌性和良好焊接性。而且20世紀70年代以來，各國石油、天然氣的開 發(fā)條件發(fā)生了明顯變化，目前雖然天然氣在輸送前進行了凈化處理，但H2S及水的存在引起管道腐蝕仍然不可避免。還有一些特殊油、氣輸送地區(qū)的管線鋼也會發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。因此近年來管線鋼對抗腐蝕能力，特別是抗氫致裂紋(HIC)和硫化物應(yīng)力腐蝕(SCC)的要求越來越高。氫致裂紋(Hydrogen Induced Crack-HIC)是由腐蝕生成的氫原子進入鋼中，聚集在MnS與母材的界面上，沿著碳、錳和磷偏析的異常組織擴展或沿著帶狀組織相界擴展，當氫原子結(jié)合成氫分子，產(chǎn)生較大壓力，于是形成平行于軋制面，沿軋制方向的裂紋。硫化物應(yīng)力腐蝕(Stress Corrosion Cracking-SCC)是在H2S和CO2等腐蝕介質(zhì)、土壤和地下水中各種酸離子的作用下，腐蝕生成的氫原子經(jīng)鋼材表面進入鋼材內(nèi)部，并逐步富集于應(yīng)力集中區(qū)域，使鋼材脆化并沿垂直于拉伸力方向擴展而開裂。具有高抗HIC和SCC能力的管線鋼成分設(shè)計思想為低碳、低硫、低磷、適宜錳含量、微合金化、高純凈度。同時結(jié)合熱控軋控冷(TMCP)工藝，降低宏觀偏析和帶狀組織，獲得穩(wěn)定的雙相組織，保證管線鋼具有優(yōu)良的力學性能和抗酸腐蝕性能。碳是鋼中傳統(tǒng)的強化元素，也是最經(jīng)濟的元素強化元素。然而碳對鋼的韌性、塑性、焊接性等有不利影響。并且隨著碳含量的增加，HIC敏感性增加。當碳含量低于0.11%時管線鋼可具有良好的焊接性。當碳含量超過0.05%時，將導致錳和磷的偏析加劇，當碳含量小于0. 04%時，能有效防止HIC的產(chǎn)生。近代管線鋼的發(fā)展過程是不斷降低碳含量的過程，一般要求小于0. 10%,對需要高韌性或抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼則采用碳小于0. 06%的超低碳含量設(shè)計。鋼水深脫碳主要是利用真空精煉處理，靠鋼水中的氧進行脫碳，通過降低[C] +
= {C0}反應(yīng)的CO氣體分壓，促進脫碳反應(yīng)進行，生產(chǎn)低碳或超低碳鋼。鋼水真空脫碳最主要的設(shè)備為RH真空循環(huán)精煉和VD真空攪拌精煉。RH精煉具有反應(yīng)速度快、效率高的特點。RH還可以進行吹氧強制脫碳，使鋼水碳含量降低至0. 0010%以下。硫是危害管線鋼質(zhì)量的主要元素之一，它嚴重惡化管線鋼的抗酸(抗HIC和SCC)性能。研究表明隨著鋼水中硫含量增加，裂紋敏感性顯著增加；只有當鋼中硫〈O. 0012%時，HIC明顯降低。另外，硫還導致管線鋼各向異性，在橫向和厚度方向上韌性惡化。管線鋼對硫含量的要求很苛刻，對于X60及以上級別抗酸管線鋼，要滿足制管后得到優(yōu)良地抗酸(抗HIC和SCC)性能，鋼中C〈0. 04%，同時鋼中SCO. 0010%。目前超深脫硫技術(shù)主要應(yīng)用了系統(tǒng)控制的思想，從控制原輔材料中的硫含量著手，從鐵水預處理脫硫開始加強各個工序的脫硫，整體控制，分步實施，取得了很好的脫硫效果。鐵水預脫硫是一種較經(jīng)濟、有效的脫硫方法，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的采用。轉(zhuǎn)爐的脫硫能力相當有限。特別在鐵水原始硫含量很低的情況下，由于入爐的造渣料、廢鋼及耐火材料等爐料帶入的硫，往往出現(xiàn)轉(zhuǎn)爐過程回硫現(xiàn)象。因此、在轉(zhuǎn)爐出鋼后必須對鋼水進行爐外脫硫。利用LF爐電極加熱、鋼包底吹氬、造高堿度渣進行深脫硫，成品硫含量可降低至0. 0005%。為了滿足抗酸管線鋼對鋼水成分的要求，目前國內(nèi)各鋼廠主要生產(chǎn)流程為鐵水預處理-頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐冶煉-爐外精煉(LF-RH或RH-LF)-連鑄的一次真空精煉(只經(jīng)過一次真空精煉)工藝過程。LF脫硫能力比較強，冶煉管線鋼時脫硫率可達到70% 90%。但LF脫硫同時存在增碳矛盾。RH真空精煉，具備脫碳、脫氣等功效，但造成鋼水溫度降低。因此生產(chǎn)過程中鋼水脫碳和脫硫及鋼水保溫存在矛盾和生產(chǎn)限制。例如LF-RH工藝，LF脫硫升溫工藝在RH之前，而脫硫的必要條件是鋼中氧要控制在非常低的水平，因此在轉(zhuǎn)爐出鋼和 LF處理前期要加入脫氧劑對鋼水進行深脫氧才能保證LF的深脫硫效果，這導致后續(xù)RH真空精煉氧脫碳時，鋼中氧含量不足以將碳脫除至鋼種要求的水平，只能通過向鋼水中吹氧進行強制脫碳，之后再向鋼中加入脫氧劑控制氧含量在規(guī)定的范圍內(nèi)。這不僅消耗了過多的脫氧劑，而且使鋼中的夾雜物增多，去除難度加大。另外由于RH工序在后，要求LF爐終點時鋼水溫度較高，以保證RH精煉過程的溫降，而且由于LF精煉過程不可避免地使鋼水增碳，因此也要求轉(zhuǎn)爐出鋼時碳含量要脫至較低水平。而對于RH-LF工藝，由于LF精煉過程使鋼水增碳，因此要求RH精煉過程要將鋼水中碳含量脫至比較低的水平，才能保證成品鋼水中碳含量控制在要求的范圍內(nèi)，RH處理過程難度加大，而且鋼水溫降也較大。為減小LF升溫時間(LF電極加熱過程越長，鋼水增碳較多)就要求轉(zhuǎn)爐出鋼時溫度更高，碳含量更低。以上工藝只有一次RH真空精煉過程，即增加轉(zhuǎn)爐冶煉負擔、降低爐齡，鋼水純凈度較差，同時對于LF和RH精煉過程的要求也比較苛刻，即對整體冶金工藝流程各環(huán)節(jié)的原料、設(shè)備、操作水平的要求都比較高，穩(wěn)定生產(chǎn)的難度較大。成品鋼中碳、硫成分控制不穩(wěn)定，抗酸(抗HIC和SCC)性能不能穩(wěn)定達標。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為了消除現(xiàn)有一次真空精煉(只經(jīng)過一次真空精煉)的LF_RH(或RH-LF)工藝生產(chǎn)管線鋼低碳低硫的不足，采用二次真空精煉(經(jīng)過二次RH真空精煉)的RH-LF-RH工藝生產(chǎn)抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼的冶煉工藝，穩(wěn)定生產(chǎn)，更好地滿足抗酸管線鋼對低碳、低硫和高純凈度的成分控制要求。具體工藝流程鐵水預脫硫-轉(zhuǎn)爐冶煉-RH真空脫碳-LF升溫脫硫-RH 二次真空脫碳-鈣處理-軟吹-連鑄-熱軋。鐵水預脫硫高爐鐵水首先經(jīng)鐵水預處理進行脫硫，根據(jù)各生產(chǎn)單位現(xiàn)有鐵水預脫硫工藝設(shè)備，選用攪拌法或鐵水包噴吹法脫硫，鐵水預脫硫操作結(jié)束后，脫硫渣中富含硫，為避免鐵水回硫，必須將渣扒除干凈，使鐵水脫硫率達到90%，入爐鐵水中硫含量小于
0.003% ；
轉(zhuǎn)爐冶煉將步驟I處理過的鐵水采用頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐進行冶煉，向鐵水中加入占鐵水總量的1(T15%的低磷、低硫廢鋼，整個冶煉過程進行全程底部吹氬氣，對鋼水進行充分攪拌，以便均勻鋼水的成分和溫度，終點鋼水碳含量控制在0. 089T0. 12%，氧含量在0. 069T0. 08%,磷含量彡0. 008%,出鋼溫度控制在163(Tl660°C，出鋼時采用擋渣操作，以防止回磷，其中，造渣料包括石灰5(T65kg/t、輕燒白云石15 25kg/t，爐渣堿度控制在
3.5 4. 0 ；第一次RH真空精煉脫碳脫氧利用步驟2中轉(zhuǎn)爐出鋼后鋼水中富余氧含量，通過抽真空降低[C] +
= {C0}反應(yīng)的CO氣體分壓，在真空壓力小于lOOPa，采用大的環(huán)流氣體流量1200 1400L/min進行真空循環(huán)，處理時間15min,終點時鋼水碳含量為
0.019T0. 03% ； LF爐精煉深脫硫?qū)⑸鲜霾襟E的鋼水進行LF爐精煉，LF爐渣采用CaO-Al2O3-SiO2三元堿性渣系脫硫，堿度控制在4. 0-6. 0，渣中的FeO和MnO含量小于0. 8%，采用電極埋弧加熱，鋼水加入LF爐后，提高鋼包底部吹氬流量至40(T600NL/min，處理時間為35 45min，LF爐精煉終點出鋼時鋼水硫含量在彡0. 0008%,碳含量為0. 039T0. 05%,鋼水溫度為162(Tl630°C ；第二次RH真空精煉脫碳脫氣將上述步驟的鋼水進行VD真空精煉，在真空壓力小于IOOPa,采用大的環(huán)流氣體流量120(Tl400L/min進行真空循環(huán),處理時間IOmin,進行真空脫碳、脫氣，得到碳含量為0. 039T0. 04%，硫含量為彡0. 0010%的鋼水，經(jīng)RH處理合格的鋼水進行鈣處理和軟吹，軟吹時間為12min以上，得到達到管線鋼抗酸性能的成分要求的抗
酸管線鋼。按目標成分要求，利用此工藝流程生產(chǎn)，成品鋼中碳含量可以穩(wěn)定控制在
0.039T0. 04%,同時硫含量可以穩(wěn)定控制在彡0. 0010%，滿足抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼對低碳、低硫和高純凈度的成分控制要求。在鋼水冶煉過程結(jié)束后，廠家可根據(jù)自身連鑄設(shè)備和用戶要求將鋼水澆注成鑄坯(板坯、薄板坯或圓坯)，經(jīng)控軋控冷(TMCP)，生產(chǎn)組織和性能滿足要求的抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼坯。本發(fā)明的特別之處在于鋼水經(jīng)過RH-LF-RH的二次真空精煉過程，即經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉鋼水先進入RH進行真空循環(huán)精煉脫碳、脫氧；之后進行LF爐精煉脫硫；隨后再一次進入RH進行真空循環(huán)精煉，由于第一次的RH真空精煉已經(jīng)脫除了鋼中絕大部分的碳，因此第二次RH真空精煉主要目的是脫除LF精煉過程碳的增量，同時脫氣、去除夾雜物，最后進行澆鑄。本發(fā)明的優(yōu)點在于利用RH-LF-RH的二次真空精煉工藝控制鋼中成分，大大減輕轉(zhuǎn)爐脫碳負擔，降低鋼水氧化性和出鋼溫度，提高爐齡；消除LF爐精煉過程增碳的不利影響，減輕了 LF爐生產(chǎn)負擔；利用真空自然氧碳反應(yīng)同時降低氧含量和碳含量，減少強脫氧劑和鈣線的用量，降低鋼中非金屬夾雜物含量；穩(wěn)定全流程生產(chǎn)過程，保證鋼水成分控制在生產(chǎn)目標以內(nèi)，滿足抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼對低碳、低硫和高純凈度的成分控制要求。本發(fā)明市場前景廣闊，工藝發(fā)明緊跟市場市場需求。高級別抗酸管線鋼市場需求巨大，僅2012年中東地區(qū)規(guī)劃抗酸X6(TX65管線鋼為30萬噸。高級別抗酸管線鋼生產(chǎn)難度大，市場價格高，抗酸管線鋼比同級別普通管線鋼市場價格高2000元每噸，RH-LF-RH工藝在穩(wěn)定生產(chǎn)高級別抗酸管線鋼工藝保證生產(chǎn)質(zhì)量的前提下，多工序綜合匹配，經(jīng)生產(chǎn)實踐，RH-LF-RH工藝生產(chǎn)成本在增加150元前提下，鋼種生產(chǎn)成材率由單真空工藝的70%提高到90%以上，按照抗酸管線鋼噸鋼生產(chǎn)成本6500元計算，噸鋼獲得直接經(jīng)濟效益(6500/70%-6500/90%)-150=1913元。本發(fā)明工藝應(yīng)用將實現(xiàn)經(jīng)濟效益和社會資源節(jié)約的雙豐收。本發(fā)明工藝流程同時適合生產(chǎn)其它要求低碳(超低碳)同時低硫(超低硫)的鋼種。本發(fā)明工藝生產(chǎn)管線管的工藝參數(shù)與單真空精煉工藝對比如下表。表I
權(quán)利要求
1.一種RH-LF-RH精煉生產(chǎn)抗酸管線鋼的工藝，其特征在于，該工藝的具體工藝流程如下鐵水預脫硫-轉(zhuǎn)爐冶煉-RH真空脫碳-LF升溫脫硫-RH 二次真空脫碳-鈣處理-軟吹-連鑄-熱軋； 鐵水預脫硫高爐鐵水首先經(jīng)鐵水預處理進行脫硫，根據(jù)各生產(chǎn)單位現(xiàn)有鐵水預脫硫工藝設(shè)備，選用攪拌法或鐵水包噴吹法脫硫，鐵水預脫硫操作結(jié)束后，脫硫渣中富含硫，為避免鐵水回硫，必須將渣扒除干凈，使鐵水脫硫率達到90%，入爐鐵水中硫含量小于0.003% ； 轉(zhuǎn)爐冶煉將步驟I處理過的鐵水采用頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐進行冶煉，向鐵水中加入占鐵水總量的10 15%的低磷、低硫廢鋼，整個冶煉過程進行全程底部吹氬氣，對鋼水進行充分攪拌，以便均勻鋼水的成分和溫度，終點鋼水碳含量控制在0. 089T0. 12%，氧含量在0.069T0. 08%，磷含量彡0. 008%,出鋼溫度控制在163(Tl660°C，出鋼時采用擋渣操作，以 防止回磷，其中，造渣料包括石灰5(T65kg/t、輕燒白云石15 25kg/t，爐渣堿度控制在3. 5 4. 0 ； 第一次RH真空精煉脫碳脫氧利用步驟2中轉(zhuǎn)爐出鋼后鋼水中富余氧含量，通過抽真空降低[C] +
= {C0}反應(yīng)的CO氣體分壓，在真空壓力小于lOOPa，采用大的環(huán)流氣體流量120(Tl400L/min進行真空循環(huán)，處理時間15min，終點時鋼水碳含量為0. 01% 0. 03% ； LF爐精煉深脫硫?qū)⑸鲜霾襟E的鋼水進行LF爐精煉，LF爐渣采用CaO-Al2O3-SiO2三元堿性渣系脫硫，堿度控制在4. 0-6. 0，渣中的FeO和MnO含量小于0. 8%，采用電極埋弧加熱，鋼水加入LF爐后，提高鋼包底部吹氬流量至40(T600NL/ min，處理時間為35 45min，LF爐精煉終點出鋼時鋼水硫含量在彡0. 0008%,碳含量為0. 039T0. 05%,鋼水溫度為162(Tl630°C ； 第二次RH真空精煉脫碳脫氣將上述步驟處理過的的鋼水進行VD真空精煉，在真空壓力小于IOOPa,采用大的環(huán)流氣體流量120(Tl400L/min進行真空循環(huán),處理時間IOmin,進行真空脫碳、脫氣，得到碳含量為0. 039T0. 04%，硫含量為< 0. 0010%的鋼水，經(jīng)RH處理合格的鋼水進行鈣處理和軟吹，軟吹時間為12min以上，得到達到管線鋼抗酸性能的成分要求的抗酸管線鋼。
全文摘要
本發(fā)明一種RH-LF-RH精煉生產(chǎn)抗酸管線鋼的工藝，該工藝利用轉(zhuǎn)爐粗煉和RH-LF-RH精煉工藝控制鋼水成分，生產(chǎn)低碳、低硫的抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼。具體工藝流程為鐵水預脫硫-轉(zhuǎn)爐冶煉-第一次RH真空精煉-LF精煉脫硫-第二次RH真空精煉-連鑄。本發(fā)明利用二次RH真空精煉過程，既能減輕轉(zhuǎn)爐脫碳負擔，降低鋼水氧化性又能消除LF爐精煉過程增碳的不利影響，而且減少強脫氧劑的使用，穩(wěn)定生產(chǎn)，保證鋼水成分穩(wěn)定控制在生產(chǎn)目標以內(nèi)，滿足抗酸管線鋼對低碳、低硫和高純凈度的成分控制要求。利用本發(fā)明工藝流程生產(chǎn)的成品鋼中碳含量可以穩(wěn)定控制在0.03%~0.04%，同時硫含量可以穩(wěn)定控制在≤0.0010%。
文檔編號C21C7/06GK102719614SQ20121020775
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者成澤偉, 王永勝 申請人:北京科技大學