CN101492758B - 一种控制管线钢中非金属夹杂物的方法 - Google Patents

一种控制管线钢中非金属夹杂物的方法 Download PDF

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Abstract

一种控制管线钢中非金属夹杂物的方法，属于炼钢精炼控制领域。控制管线钢铸坯中氧化物类非金属夹杂物的化学组成在CaO：20wt％-35wt％、MgO：10wt％-20wt％、Al 2O 3：30wt％-60wt％、其他：≤5wt％；硫化物类夹杂物的组成为：CaS：90～100wt％，其他≤10wt％，无MnS夹杂物。在LF精炼过程中，利用钢液和高碱度炉渣的反应控制钢液中[Ca]、[Mg]、[S]含量，同时控制Ca处理过程中的用Ca量，以此来控制钢液中非金属夹杂物的熔点在1500℃-1650℃之间。优点在于钢液在获得良好的脱氧、脱硫效果的同时，控制钢中非金属夹杂物在后续轧制过程中变形指数≤0.5，避免了轧制后线状或条状的非金属夹杂物导致管线钢在使用过程中产生裂纹。

Description

一种控制管线钢中非金属夹杂物的方法
技术领域
本发明属于炼钢精炼控制技术领域。尤其涉及管线钢中非金属夹杂物的控制方法。
背景技术
管线钢主要用于输送石油、天然气等，在使用过程中除了要求具有较高的强度和低温冲击性能外，对钢中的非金属夹杂物要求较高，管线钢中不允许出现MnS等变形的夹杂物。如果出现变形的夹杂物，在轧制过程中，非金属夹杂物随着钢基体的变形而变形，会形成与轧制方向平行的线状或条状的夹杂物，这些夹杂物在管线钢的使用过程中会成为裂纹源。
由于S是强偏析元素，在凝固过程中容易形成MnS夹杂物。目前国内外生产管线钢时，主要采取Ca处理的方法来避免MnS夹杂物的生成。[Ca]/[S]一般≥2，钢中基本没有MnS夹杂物，硫化物夹杂主要为CaS。此时，钢水中的氧化物夹杂物则主要是低熔点的12CaO·7Al2O3，该夹杂物在轧制过程中也会随轧材变形成线状。因此，低熔点的铝酸钙夹杂物对管线钢性能的危害已经成为目前管线钢夹杂物控制的主要问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制管线钢中夹杂物的方法，解决了危害管线钢性能的夹杂物问题。
本发明控制管线钢铸坯中的氧化物类夹杂物组成为：CaO：20wt％-35wt％、MgO：10wt％-20wt％、Al2O3：30wt％-60wt％、其他：≤5wt％，(重量百分比)氧化物夹杂物的熔点为1500℃-1650℃，钢中硫化物类夹杂物的组成为：CaS：90～100wt％，其他≤10wt％，无MnS夹杂物。具体控制方法是在各工序中控制如下工艺参数：
(1)转炉出钢开始后向钢包内钢水加入铁合金(硅铁、锰铁等)、铝脱氧剂(铝粒、铝铁合金、铝锰铁等)、缓释脱氧剂(Al粉+CaO)、预熔渣(CaO+Al2O3)、石灰等，出钢过程中加料须保证在出钢量为1/5-1/4前完成，其中铝的加入量须满足出钢结束后钢液的[Al]含量为0.015wt％-0.060wt％之间，在出钢结束后钢液中的非金属夹杂物成分为Al2O3：90～100wt％，其他：≤10wt％。
(2)在LF精炼过程中采用高碱度(二元碱度CaO/SiO2≥6)炉渣精炼，在LF化渣后应当控制炉渣的组成范围为：CaO：45wt％-60wt％、MgO：5wt％-12wt％、Al2O3：20wt％-35wt％、SiO2：≤8wt％，其他：≤2wt％；控制化渣时间在10～15分钟。
(3)化渣结束后，进行钢包底吹Ar气强搅拌脱硫，底吹Ar气流量控制在800～1600NL/min，经过强搅拌脱硫后，钢液[S]含量能够控制到0.0010wt％以下。
(4)在强搅拌过程中，通过钢渣之间的反应控制钢液中的[Mg]：0.0003-0.0008wt％、[Ca]：0.0005-0.0010wt％，在LF精炼结束时，钢液中的夹杂物主要为CaO：10wt％-20wt％、MgO：15wt％-30wt％、Al2O3：30wt％-55wt％、SiO2：≤5wt％、CaS≤10wt％、MnO≤10wt％。
(5)钢水经过真空处理后，进行Ca处理。控制钢液中的[wt％Ca]/[wt％S]在1.2-1.8，软吹流量控制30～80NL/min，精炼结束时钢水中氧化物类夹杂物的主要成分为：CaO：20wt％-35wt％、MgO：10wt％-20wt％、Al2O3：30wt％-60wt％、其他：≤5wt％。该类夹杂物的熔点为：1500～1650℃。硫化物类夹杂物的主要成分为：CaS：90～100wt％，其他≤10wt％。
本发明的优点在于钢液在获得良好的脱氧、脱硫效果的同时，控制钢中非金属夹杂物在后续轧制过程中变形指数≤0.5，不会在管线钢板卷中出现线状或条状的非金属夹杂物，从而避免了管线钢在使用过程中因为非金属夹杂物而形成的裂纹。
附图说明
图1为转炉出钢结束后钢液中的夹杂物的形貌，对应表一中的夹杂物组成。
图2为LF精炼后钢液中的夹杂物形貌，对应表二中的夹杂物组成。
图3为精炼结束时钢液中的夹杂物形貌，对应表三中的夹杂物组成。
图4为板卷试样平行于轧制方向上观察到的非金属夹杂物形貌，对应表四中的夹杂物组成。没有观察到明显变形的夹杂物。
具体实施方式
实施例(10个炉次试验结果)
210吨氧气复吹转炉，转炉出钢过程加入铝铁800kg(铝含量：40wt％)，石灰1600kg，萤石400kg。出钢结束后钢液铝含量为0.030wt％，
LF精炼11分钟化渣结束，炉渣成分为CaO：55.8wt％、MgO：8.0wt％、Al2O3：29.8wt％、SiO2：5.3wt％、TFe：0.46wt％、MnO：0.15wt％。
化渣后进行底吹Ar强搅拌脱硫，底吹强度为1000Nl/min，底吹时间为15分钟。底吹强搅拌脱硫后，钢液硫含量为0.0008wt％，钢液中[Mg]：0.0005wt％、[Ca]：0.0007wt％。
RH真空处理20分钟后喂Si-Ca线进行Ca处理，喂线加入的Ca总量为18kg，喂线后进行钢包底吹氩气软吹，控制氩气流量为80Nl/min，软吹15分钟后钢液的[Ca]：0.0012wt％、[S]：0.0008，[Ca]/[S]为1.5。
表一为转炉出钢结束后钢液中的夹杂物的化学组成，此时钢液中的夹杂物主要为Al2O3夹杂物。
表二为LF精炼后钢液中的夹杂物的化学组成，此时钢液中的夹杂物主要成分为Al2O3、CaO、MgO。
表三为精炼结束时钢液中的夹杂物的化学组成，此时钢液中氧化物类的夹杂物主要成分为Al2O3、CaO、MgO。氧化物类夹杂物的熔点控制在1550℃～1600℃之间。其余夹杂物为CaS夹杂物(夹杂物编号为15-20)。
表四为板卷中观察到的非金属夹杂物的化学组成，夹杂物编号为1-17的夹杂物为氧化物类夹杂物，夹杂物编号为18-20的及杂物为硫化物类夹杂物。
表一、转炉出钢结束后钢液中的夹杂物的化学组成(质量百分比wt％)
Figure G200910079465XD00021
表二、LF精炼后钢液中的夹杂物的化学组成(质量百分比wt％)
  编号   MgO   Al2O3   SiO2   CaS   MnS   CaO   MnO
  1   25.6   42.6   4.9   4.0   0.0   14.5   8.4
  2   19.7   51.6   0.0   0.0   0.0   19.3   9.5
  3   27.0   44.6   5.0   0.0   0.0   18.0   5.4
  4   26.2   50.4   2.0   6.4   0.0   15.0   0.0
  5   20.4   54.1   0.0   0.0   0.0   17.6   8.0
  6   15.5   48.6   3.9   5.1   0.0   19.2   7.8
  7   27.7   49.6   3.3   0.0   0.0   19.5   0.0
  8   16.3   47.0   1.4   6.6   0.0   20.6   8.2
  9   19.8   47.7   2.0   4.8   0.0   16.2   9.6
  10   26.9   49.4   4.9   0.0   0.0   18.8   0.0
  编号   MgO   Al2O3   SiO2   CaS   MnS   CaO   MnO
  11   23.2   49.0   0.0   0.0   0.0   19.4   8.4
  12   28.4   46.5   0.0   1.7   0.0   19.3   4.1
  13   26.2   38.8   5.0   3.6   3.8   16.7   5.9
  14   18.8   48.3   2.9   6.5   0.0   14.0   9.5
  15   16.6   47.4   0.0   6.9   0.0   19.4   9.7
  16   23.6   42.6   4.9   4.0   0.0   15.5   9.4
  17   21.2   55.3   2.7   6.3   0.0   12.9   1.6
  18   16.8   50.8   0.0   9.2   0.0   20.2   3.0
  19   27.3   42.9   0.0   3.1   0.0   19.7   7.0
  20   23.0   49.9   4.2   3.0   0.0   20.0   0.0
表三、精炼结束时钢液中的夹杂物的化学组成
  夹杂物编号   MgO   Al2O3   SiO2   CaS   MnS   CaO   MnO
  1   16.5   52.2   0.0   2.4   0.0   28.6   0.4
  2   18.8   45.6   0.0   5.0   0.0   29.4   1.3
  3   20.0   47.3   2.3   1.3   0.0   29.2   0.0
  4   11.0   53.0   0.0   2.1   0.0   33.9   0.0
  5   17.3   49.7   0.0   3.7   0.0   29.0   0.4
  6   18.2   50.1   0.0   1.9   0.0   27.2   2.6
  7   16.4   45.6   0.0   4.0   0.0   34.0   0.0
  8   18.5   56.1   0.0   4.2   1.0   20.0   0.2
  9   18.5   43.9   0.0   3.9   0.0   33.7   0.0
  夹杂物编号   MgO   Al2O3   SiO2   CaS   MnS   CaO   MnO
  10   11.3   54.4   0.0   0.0   0.0   29.8   4.5
  11   14.6   58.8   0.0   2.6   0.0   20.8   3.1
  12   16.3   58.9   0.0   0.9   0.0   21.1   2.8
  13   19.5   51.3   0.0   4.2   0.0   24.9   0.0
  14   16.1   53.0   0.0   3.6   0.0   27.4   0.0
  15   0.0   0.0   0.0   100.0   0.0   0.0   0.0
  16   0.0   0.0   1.7   98.3   0.0   0.0   0.0
  17   0.0   0.0   0.0   100.0   0.0   0.0   0.0
  18   0.0   0.0   0.0   100.0   0.0   0.0   0.0
  19   0.0   0.7   0.0   99.3   0.0   0.0   0.0
  20   0.0   0.0   0.0   100.0   0.0   0.0   0.0
表四、板卷中观察到的非金属夹杂物的化学组成
  夹杂物编号   MgO   Al2O3   SiO2   CaS   CaO   MnO
  1   14.8   56.6   0.0   0.0   28.6   0.0
  2   10.1   55.0   0.0   0.0   34.9   0.0
  3   15.6   52.6   0.0   0.0   31.8   0.0
  4   17.8   53.1   0.0   0.0   25.9   3.2
  5   12.1   50.7   0.0   0.0   34.9   2.3
  6   13.8   51.9   0.0   0.0   34.3   0.0
  7   18.4   51.7   0.0   0.0   29.9   0.0
  8   16.8   55.1   1.5   0.0   26.6   0.0
  夹杂物编号   MgO   Al2O3   SiO2   CaS   CaO   MnO
  9   11.7   54.5   0.0   2.2   31.6   0.0
  10   12.5   58.5   0.0   0.0   26.2   2.9
  11   12.6   52.1   0.0   0.0   31.5   3.9
  12   13.1   52.5   0.0   2.8   31.6   0.0
  13   19.6   58.0   2.1   0.0   20.4   0.0
  14   19.2   53.3   1.4   0.0   26.1   0.0
  15   19.7   59.0   0.0   0.0   21.3   0.0
  16   12.3   55.2   0.0   0.0   32.6   0.0
  17   18.8   48.3   0.0   1.5   31.3   0.0
  18   0.0   0.0   0.0   93.2   6.8   0.0
  19   0.0   0.0   0.0   97.7   2.3   0.0
  20   0.0   0.0   0.0   100   0.0   0.0

Claims (1)

1.一种控制管线钢中非金属夹杂物的方法，控制管线钢铸坯中氧化物类非金属夹杂物的化学组成在CaO：20wt％-35wt％、MgO：10wt％-20wt％、Al2O3：30wt％-60wt％、其他：≤5wt％；硫化物类夹杂物的组成为：CaS：90～100wt％，其他≤10wt％，无MnS夹杂物；具体控制方法是在各工序中控制如下工艺参数：
(1)转炉出钢开始后向钢包内钢水加入铁合金、铝脱氧剂、缓释脱氧剂、预熔渣CaO+Al2O3、石灰，出钢过程中加料须保证在出钢量为1/5-1/4前完成，其中，铝的加入量须满足出钢结束后钢液的[Al]含量为0.015wt％-0.060wt％之间，在出钢结束后钢液中的非金属夹杂物成分为Al2O3：90～100wt％，其他：≤10wt％；
(2)在LF精炼过程中采用高碱度炉渣精炼，在LF化渣后控制炉渣的组成范围为：CaO：45wt％-60wt％、MgO：5wt％-12wt％、Al2O3：20wt％-35wt％、SiO2：≤8wt％，其他：≤2wt％；控制化渣时间在10～15分钟；
(3)化渣结束后，进行钢包底吹Ar气强搅拌脱硫，底吹Ar气流量控制在800～1600NL/min，经过强搅拌脱硫后，钢液[S]含量控制到0.0010wt％以下；
(4)在强搅拌过程中，通过钢渣之间的反应控制钢液中的[Mg]：0.0003-0.0008wt％、[Ca]：0.0005-0.0010wt％，在LF精炼结束时，钢液中的夹杂物为CaO：10wt％-20wt％、MgO：15wt％-30wt％、Al2O3：30wt％-55wt％、SiO2：≤5wt％、CaS≤10wt％、MnO≤10wt％；
(5)钢水经过真空处理后，进行Ca处理：控制钢液中的[wt％Ca]/[wt％S]在1.2-1.8，软吹流量控制30～80NL/min，精炼结束时钢水中氧化物类夹杂物的成分为：CaO：20wt％-35wt％、MgO：10wt％-20wt％、Al2O3：30wt％-60wt％、其他：≤5wt％；该类夹杂物的熔点为：1500～1650℃，硫化物类夹杂物的成分为：CaS：90～100wt％，其他≤10wt％；
所述的缓释脱氧剂为Al粉+CaO；
所述的高碱度是指二元碱度CaO/SiO2≥6。
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