CN105695657A - φ280mm的30Mn圆管坯铸坯质量控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的是冶金领域的一种生产断面为φ280mm的30Mn圆管钢铸坯的内部质量控制方法。该方法包括转炉冶炼、LF炉精炼钢水以及连铸钢水等步骤，首先，在钢水冶炼阶段按照合理的参数控制，提高了钢水的纯净度，并通过对钢液进行微钛处理，改善了其高温塑性，降低了钢种裂纹敏感性，随后在钢水浇注的过程中，采用结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌相结合的方式，使得钢液成分和温度均匀化，坯壳均匀生长，铸坯凝固组织得到有效改善，疏松评级提高、等轴晶区域面积扩大、圆坯中心区域致密性得到有效提高，铸坯裂纹缺陷得到有效控制，表面无清理率得到提高改善，轧材质量控制良好且稳定。

Description

φ280mm的30Mn圆管坯铸坯质量控制方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种生产断面为φ280mm的30Mn圆管坯铸坯质量控制方法。
背景技术
30Mn管坯钢主要用于生产油气开采、运输使用的油井管用钢，化学组分按重量百分比为：C：0.27％～0.32％、Si：0.20％～0.35％、Mn：0.45％～0.65％、P≤0.020％、S≤0.010％、V≤0.015％、Cr：:0.85％～1.05％、Mo：0.17％～0.24％、Cu≤0.15％、Ni≤0.20％、Alt：0.020％～0.040％，残余元素要求：Nb≤0.010％、Ti≤0.010％、B≤0.005％，且V+Nb+Ti+B+Zr≤0.15％；As≤0.015％、Sn≤0.010％Sb≤0.010％、Pb≤0.008％、Bi≤0.010％，且As+Sn+Sb+Pb+Bi≤0.045％，余量为Fe。在使用时在使用应力和硫化氢气体的共同作用下，往往会在受力远低于其本身屈服强度时突然发生脆断(称为硫化氢应力腐蚀)，容易造成生泄露等问题，对生产及环保造成不利影响。随着社会经济的发展，油气运输效率要求更高、开采难度增大等发展趋势不断对铸坯质量提出更加苛刻的要求。不少研究分析指出，圆坯内部质量对穿管成材率及成品质量有重要影响。因此，提高铸坯内部质量，扩大中心等轴晶区，优化铸坯凝固组织均匀性就显极为重要。
对于30Mn管坯钢来说，钢种成分中的中碳、锰含量本身决定了连铸生产过程铸坯裂纹敏感性较强。主要由于钢种导热系数低，线性膨胀系数大，冷却凝固过程中产生较大内应力，容易产生表面裂纹缺陷；再者，由于铸坯断面相对较大且为圆坯，其比表面积更小铸坯传热效率更低，凝固冷却缓慢，坯壳形成以后，传热效率下降将导致铸坯横截面径向温度梯度变大，传热方向性凸显，进一步导致柱状晶发达，等轴晶率较低的趋势。因此，连铸过程要兼顾裂纹控制及铸坯凝固组织优化，实现难度较大。连铸生产过程中优化铸坯凝固组织，弱化凝固传热方向性，并进一步控制铸坯裂纹的产生是综合控制30Mn圆管坯铸坯质量的关键。
发明内容
为克服现有较大断面尺寸的30Mn圆管钢铸坯内部质量普遍较低、易出现裂纹等不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种针对断面为φ280mm的30Mn圆管钢铸坯的增强内部质量的控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
生产断面为φ280mm的30Mn圆管坯铸坯质量控制方法，包括以下步骤：
Ⅰ、转炉冶炼：转炉终点碳按照质量百分比0.05％～0.15％进行控制，终点温度≥1670℃控制，小平台按每吨钢1.5～2.0m的喂入量喂加铝线，进行脱氧处理，小平台目标成分质量百分比按：[C]0.25％～0.30％、[Si]0.18％～0.25％、[Mn]1.20％～1.30％、[P]≤0.015％控制，脱氧合金化结束后进行至少3min的软吹氩处理；
Ⅱ、LF炉精炼钢水：将步骤Ⅰ中得到的钢水进行LF炉精炼，精炼全程吹氩搅拌，精炼末期加入钛合金料，加入量按钢液重量的0.020％～0.035％进行配加，之后进行200～500m的喂入量喂加硅钙线进行钙处理，其中中包第一炉次按上限喂加，精炼结束后继续吹氩搅拌至少6min，出站温度按1560～1600℃控制；
Ⅲ、连铸钢水：连铸环节采用结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌相结合的方式，其中，结晶器电磁搅拌的参数为：搅拌电流100～200A，2～4Hz；凝固末端电磁搅拌参数为：搅拌电流50～100A，频率4.0～7.0Hz。
进一步的是，步骤Ⅰ和Ⅱ中冶炼过程采用中强度吹氩搅拌，以钢液表面不出现大翻沸腾为准；冶炼结束后采用弱吹氩搅拌，使钢水有微弱搅动即可。
进一步的是，在步骤Ⅲ中进行钢液浇注的时候还需要控制以下参数：过热度控制在25～38℃，拉速控制在0.70～1.00m/min，结晶器冷却控制在2400～2500L/min，二冷比水量控制在0.21～0.33/kg钢。
本发明的有益效果是：首先在钢水冶炼阶段按照合理的参数控制，提高了钢水的纯净度，并且通过对钢液进行微钛处理，改善了其高温塑性，降低了钢种裂纹敏感性，在钢水浇注的过程中，采用结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌相结合的方式，使得钢液成分和温度均匀化，坯壳均匀生长，铸坯凝固组织得到有效改善，疏松评级提高、等轴晶区域面积扩大、圆坯中心区域致密性得到有效提高，铸坯裂纹缺陷得到有效控制，表面无清理率得到提高改善，轧材质量控制良好且稳定。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步描述，但不应理解为是本发明的限定。本领域普通技术人员根据上述方案，还可以做出各种形式的修改、替换、变更。凡是基于上述技术思想所作的修改、替换和变更都属于本发明的范围。
生产断面为φ280mm的30Mn圆管坯铸坯质量控制方法，包括以下步骤：
Ⅰ、转炉冶炼：转炉终点碳按照质量百分比0.05％～0.15％进行控制，终点温度≥1670℃控制，小平台按每吨钢1.5～2.0m的喂入量喂加铝线，进行脱氧处理，小平台目标成分按质量百分比：[C]0.25％～0.30％、[Si]0.18％～0.25％、[Mn]1.20％～1.30％、[P]≤0.015％控制，脱氧合金化结束后进行至少3min的软吹氩处理；
Ⅱ、LF炉精炼钢水：将步骤Ⅰ中得到的钢水进行LF炉精炼，精炼全程吹氩搅拌，精炼末期加入钛合金料，加入量按钢液重量的0.020％～0.035％进行配加，之后进行200～500m的喂入量喂加硅钙线进行钙处理，其中中包第一炉次按上限喂加，精炼结束后继续吹氩搅拌至少6min，出站温度按1560～1600℃控制；
Ⅲ、连铸钢水：连铸环节采用结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌相结合的方式，其中，结晶器电磁搅拌的参数为：搅拌电流100～200A，2～4Hz；凝固末端电磁搅拌参数为：搅拌电流50～100A，频率4.0～7.0Hz。
步骤Ⅰ和Ⅱ主要是对钢水的冶炼进行控制，保证钢水在浇注前具有稳定的特性、均匀的成分以及适当的浇注温度。其中，转炉冶炼过程主要是进行脱氧处理，并加入和控制一些合金元素，以保证钢水的内部质量，提高其稳定性，LF炉精炼是为了使钢水充分反应，并去除多余的杂质，提高钢水的纯净度，并且使钢液的成分更加稳定均匀。
本发明的关键在于步骤Ⅲ中连铸钢水阶段，通常情况下，连铸工艺过程中铸坯凝固组织从铸坯表面向中心依次呈现激冷层细晶区、柱状晶区、中心等轴晶区的结晶器组织区域。为改善铸坯质量，提高铸坯内部质量，目前冶金行业一般采用的是电磁搅拌技术和凝固末端压下技术，两种技术所达到的效果都不够理想。本发明的改进之处在于，采用的是结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌相结合的方式。该技术的作用机理是：结晶器电磁搅拌通过磁场产生电磁力矩，改变结晶器内部钢液流场、温度场分布情况，促进结晶器内钢液成分、温度均匀化，减弱凝固传热的方向性，促进坯壳均匀生长；进一步地，凝固末端电磁搅拌通过强制驱动糊状区钢液的流动，对柱状晶组织冲刷熔断，提高等轴晶形核率，抑制柱状晶生长，使等轴晶区扩大，提高了铸坯内部质量。
在转炉冶炼和LF炉精炼钢水过程中均采用吹氩进行搅拌，在冶炼过程中一般采用中强度吹氩搅拌，以钢液表面不出现大翻沸腾为准；冶炼结束后采用弱吹氩搅拌，使钢水有微弱搅动即可。吹氩搅拌主要是为了使钢水能够充分反应，使钢水中的成分混合均匀，便于后续在钢水浇注过程中能够形成稳定的凝固组织。
进一步地，在进行连铸钢水阶段时，如果凝固末端电磁搅拌强度控制不好，容易造成枝晶尖端冲刷严重，导致低熔点强流动性的低溶质浓度钢液呈环形聚集，形成白亮带，因此需要对其搅拌强度进行精确控制，此外为了保证最后的成材质量，还需在进行钢液浇注时控制以下参数：过热度控制在25～38℃，拉速控制在0.70～1.00m/min，结晶器冷却控制在2400～2500L/min，二冷比水量控制在0.21～0.33/kg钢。合理的过热度、拉速匹配控制及二冷强度制定是对铸坯凝固传热控制的关键，即铸坯中心质量控制的关键。
实施例：
某炼钢厂采用120t转炉冶炼→LF炉精炼→六机六流铸机φ280mm断面连铸生产30Mn圆管坯。转炉吹炼结束时，终点碳为0.15％进行控制，终点温度控制在1673℃，小平台按1.5m/t钢喂入铝线进行脱氧，小平台出站成分质量百分比控制为：[C]0.25％、[Si]0.25％、[Mn]1.20％、[P]0.010％，脱氧合金化后进行弱吹氩搅拌，搅拌时间4.1min，搅拌未出现钢液裸露。
钢水到达LF精炼炉处，进行吹氩钢液微微波动，未出现大翻现象，精炼结束后，按钢液重量的0.020％配加Ti，配加完毕后喂加200m硅钙线进行钙处理，喂线后进行了7.0min的弱吹搅拌，LF出站温度为1560℃。
LF精炼处理结束后调运至六机六流铸机φ280mm断面进行钢液浇铸，与本发明要求相关的关键技术参数实际控制为：结晶器电磁搅拌：搅拌电流100A，搅拌频率2.0Hz；凝固末端电磁搅拌：搅拌电流100A，搅拌频率4.0Hz；钢液实际连铸过程过热度控制在25～31℃；拉速为0.85m/min；结晶器冷却控制在2450L/min；二冷比水量控制在0.28/kg钢。
上述技术发明稳定运用后，铸坯质量得到良好控制，铸坯低倍检测结果为：铸坯疏松度0.5级，疏松区域直径比例38.8％，铸坯表面无裂纹等缺陷，铸坯表面综合无清理率达到98.7％，铸坯金属原位分析致密度检测，中心区域为0.88，铸坯等轴晶区长度比例51.1％～57.2％，铸坯钻样偏析检测结果为0.96～1.04。

Claims (3)

1.φ280mm的30Mn圆管坯铸坯质量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
Ⅰ、转炉冶炼：转炉终点碳按照质量百分比0.05％～0.15％进行控制，终点温度≥1670℃控制，小平台按每吨钢1.5～2.0m的喂入量喂加铝线，进行脱氧处理，小平台目标成分按质量百分比：[C]0.25％～0.30％、[Si]0.18％～0.25％、[Mn]1.20％～1.30％、[P]≤0.015％控制，脱氧合金化结束后进行至少3min的弱吹氩处理；
Ⅱ、LF炉精炼钢水：将步骤Ⅰ中得到的钢水进行LF炉精炼，精炼全程吹氩搅拌，精炼末期加入钛合金料，加入量按钢液重量的0.020％～0.035％进行配加，之后进行200～500m的喂入量喂加硅钙线进行钙处理，其中中包第一炉次按上限喂加，精炼结束后继续吹氩搅拌至少6min，出站温度按1560～1600℃控制；
Ⅲ、连铸钢水：连铸环节采用结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌相结合的方式，其中，结晶器电磁搅拌的参数为：搅拌电流100～200A，2～4Hz；凝固末端电磁搅拌参数为：搅拌电流50～100A，频率4.0～7.0Hz。
2.如权利要求1所述的φ280mm的30Mn圆管坯铸坯质量控制方法，其特征是：步骤Ⅰ和Ⅱ中冶炼过程采用中强度吹氩搅拌，以钢液表面不出现大翻沸腾为准；冶炼结束后采用弱吹氩搅拌，使钢水有微弱搅动即可。
3.如权利要求1所述的φ280mm的30Mn圆管坯铸坯质量控制方法，其特征是：在步骤Ⅲ中进行钢液浇注的时候还需要控制以下参数：过热度控制在25～38℃，拉速控制在0.70～1.00m/min，结晶器冷却控制在2400～2500L/min，二冷比水量控制在0.21～0.33/kg钢。
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