CN106498110B - 一种油气井膨胀管用钢的冶炼方法 - Google Patents

一种油气井膨胀管用钢的冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油气井膨胀管用钢的冶炼方法，属于冶炼和连铸控制技术领域。所述方法包括以下步骤：铁水经KR脱硫处理，脱硫后充分扒渣，脱硫铁水经脱磷转炉脱磷、脱硅处理后挡渣出脱硫‑脱磷‑脱硅铁水，脱硫‑脱磷‑脱硅铁水经转炉脱碳冶炼，出钢过程前后挡渣，出钢过程钢包内加入预熔渣进行渣洗脱硫处理；钢水进行RH真空精炼，完成脱氢、去夹杂、微钙处理；连铸进行中间包低过热度全保护浇铸，控制恒定低拉速、动态轻压下及末端大压下量。本发明通过上述方法达到了脱氧产物Al2O3主要转变为Al2O3‑CaS类型夹杂物、降低板坯锰偏析的技术效果，进而实现膨胀过程不易开裂、膨胀延伸率均匀化控制。

Description

一种油气井膨胀管用钢的冶炼方法
技术领域
本发明涉及冶炼和连铸控制技术领域，特别涉及一种油气井膨胀管用钢的冶炼方法。
背景技术
膨胀套管通常是连铸生产1.2-1.8m宽、0.23m厚的板坯，热连轧成1.2-1.8m宽、约10mm厚的带钢，再将带钢纵剪成2～3条后HFW成管，整管调制热处理。由于膨胀套管的使用特殊性，下井使用时管径膨胀10-30％，钢管需要较高的均匀延伸率。作为套管、补贴管使用，需要能抗挤毁、耐油-水腐蚀和抗氢致开裂。
由于钢管对抗挤毁和抗氢致开裂有较高要求，需严格控制硫含量，低硫可以有效减少MnS夹杂物的数量和尺寸。传统做法是采取LF炉深脱硫，但经过LF炉脱硫后钢中大部分夹杂物会被高钙顶渣变性为Al2O3-CaO夹杂物，Al2O3-CaO夹杂物在膨胀过程中易萌生内裂纹，降低钢管的均匀延伸率。
另外，国内HFW制管设备成型能力有限，需要带钢原始屈服强度尽量低，成管后整管热处理调制提高强度和均匀延伸率，从合金成本和组织性能考虑采取高锰固溶强化。但锰含量超过1.5％时板坯会产生明显的锰偏析，热轧后带钢边部、四分之一和中心位置锰偏析程度差异较大，对焊后焊缝两侧组织差异较大，造成焊缝两侧基体强度差异较大，膨胀后的钢管均匀延伸率下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油气井膨胀管用钢的冶炼方法，解决了现有技术中存在的Al2O3-CaO夹杂物在膨胀过程中易萌生内裂纹及锰偏析导致的膨胀管在膨胀过程中易开裂、钢管均匀延伸率下降的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种油气井膨胀管用钢的冶炼方法，包括以下步骤：
步骤a，铁水经KR脱硫处理，脱硫后充分扒渣，脱硫铁水经脱磷转炉脱磷、脱硅处理后挡渣出脱硫-脱磷-脱硅铁水，脱硫-脱磷-脱硅铁水经转炉脱碳冶炼，出钢过程前后挡渣，出钢过程钢包内加入预熔渣进行渣洗脱硫处理；
步骤b，钢水进行RH真空精炼，完成脱氢、去夹杂、微钙处理；
步骤c，连铸进行中间包低过热度全保护浇铸，控制恒定低拉速、动态轻压下及末端大压下量。
进一步地，所述步骤a中KR脱硫后，S含量≤0.0010％，脱硫后扒渣率≥98％。
进一步地，所述步骤a中脱硫铁水经脱磷转炉脱磷、脱硅处理后，铁水中S含量≤0.0020％，P含量≤0.035％，Si含量≤0.05％，下渣量≤8kg/吨钢。
进一步地，所述步骤a中出钢过程前后挡渣，下渣量≤5kg/吨钢。
进一步地，所述步骤a中预熔渣按质量百分比其成分为：SiO2≤5％，CaO：50％-56％，MgO≤5％，Al2O3：29％-35％，Al：4％-6％，上述各组分质量百分比之和为100％；预熔渣加入量8kg/吨钢。
进一步地，所述步骤b中RH精炼到站钢水成分S≤0.0015％，P≤0.010％，最小真空度＜50Pa，真空时间≥15min，结束H含量＜0.0002％。
进一步地，所述步骤b中微钙处理指钙处理和软吹，微钙处理后钢中剩余稳定Ca含量≤0.0015％，Ca/S比＞0.8。
进一步地，所述步骤c中中间包低过热度10-30℃，拉速1.0-1.5m/min。
进一步地，步骤c中依据连铸模型计算凝固末端三段压下量，总压下量3.0-4.0mm，保持末端压下量占总压下量的50％。
进一步地，所述膨胀管用钢按质量百分比成分为：C：0.050％～0.100％，Si≤0.30％，Mn：1.50％～2.50％，Ni：0.20～0.90％，Ti≤0.02％，P≤0.010％，S≤0.002％，H≤0.0002％，其余为铁和不可避免的微量杂质。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例中提供的油气井膨胀管用钢的冶炼方法，通过KR脱硫、扒渣，脱磷炉脱磷、脱硅，脱碳炉脱碳，实现少渣冶炼、冶炼过程回硫少，转炉出钢前后挡渣，出钢渣洗完成脱硫和控硫，获得超低硫含量，避免了精炼工艺继续脱硫，确保脱氧产物Al2O3主要转变为Al2O3-CaS类型夹杂物；RH精炼结束进行微钙处理，从而控制夹杂物以Al2O3-CaS为主，减少Al2O3-CaO夹杂物比例，Al2O3-CaS构成的夹杂物变形率低，与基体膨胀系数更接近，轧制过程和膨胀过程不易破碎产生裂纹源，从而达到减少恶化均匀延伸率夹杂物的目的；通过连铸低过热度浇铸、恒低拉速控制、动态轻压下和末端大压下量的措施，降低板坯锰偏析、减小中心等轴晶宽度，实现带钢宽度带状均匀化控制，获得均匀的膨胀延伸率。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种油气井膨胀管用钢的冶炼方法，解决了现有技术中存在的Al2O3-CaO夹杂物在膨胀过程中易萌生内裂纹及锰偏析导致的膨胀管在膨胀过程中易开裂、钢管均匀延伸率下降的技术问题；达到了脱氧产物Al2O3主要转变为Al2O3-CaS类型夹杂物、降低板坯锰偏析的技术效果，进而实现膨胀过程不易开裂、膨胀延伸率均匀化控制。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供技术方案的总体思路如下：
本发明提供一种油气井膨胀管用钢的冶炼方法，所述膨胀管用钢按质量百分比成分为：C：0.050％～0.100％，Si≤0.30％，Mn：1.50％～2.50％，Ni：0.20～0.90％，Ti≤0.02％，P≤0.010％，S≤0.002％，H≤0.0002％，其余为铁和不可避免的微量杂质。
针对高锰、超低硫板坯，冶炼过程中脱硫、控硫和板坯锰偏析提供一种控制方法，所采取的工艺路线为：KR脱硫→脱磷炉脱磷、脱硅→转炉脱碳→RH真空精炼→连铸。
上述方法具体包括以下步骤：
步骤a，铁水经KR脱硫处理，脱硫后充分扒渣，脱硫铁水经脱磷转炉脱磷、脱硅处理后采取挡渣锥挡渣出脱硫-脱磷-脱硅铁水，脱硫-脱磷-脱硅铁水经顶底复吹转炉脱碳冶炼，出钢过程前后滑板挡渣，出钢过程钢包内加入预熔渣进行渣洗脱硫处理；
步骤b，钢水进行RH真空精炼，完成脱氢、去夹杂、微钙处理；
步骤c，连铸进行中间包低过热度全保护浇铸，控制恒定低拉速、动态轻压下及末端大压下量。
本发明涉及钢种的成分控制有两个难点，一是单RH精炼获得超低硫，二是Mn含量＞1.5％时板坯连铸过程Mn偏析的控制。
本发明的技术原理为：
通过‘KR脱硫-转炉脱磷-转炉脱碳-出钢渣洗’的方式获得超低硫，避免了精炼工艺继续脱硫，确保脱氧产物Al2O3主要转变为Al2O3-CaS类型夹杂物，降低Al2O3-CaO类型夹杂物比例，以达到减少恶化均匀延伸率夹杂物的目的。‘KR脱硫-转炉脱磷-转炉脱碳-出钢渣洗’获得超低硫的关键控制点在扒掉脱硫渣、减少脱磷渣进入铁水包、减少脱碳渣进入钢包、少渣冶炼，目的在于减少上一环节高硫渣进入下一环节。通过连铸低过热度浇铸、恒低拉速控制、动态轻压下和大压下量等措施，控制钢中MnS夹杂物数量尽量少、尺寸尽量小，降低板坯锰偏析、减小中心等轴晶宽度，实现带钢宽度带状均匀化控制。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书以及具体实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解为本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。
一种油气井膨胀管用钢的冶炼方法，具体包括以下步骤：
步骤a：铁水经KR脱硫处理，处理后S含量≤0.0010％，脱硫后扒渣率≥98％；脱硫铁水经脱磷转炉脱磷、脱硅处理后S含量≤0.0020％、P含量≤0.035％、Si含量≤0.05％，下渣量≤8kg/吨钢；脱硫、脱磷、脱硅后经顶底复吹转炉脱碳冶炼，出钢过程前后滑板挡渣，转炉下渣量≤5kg/吨钢，出钢过程钢包内加入预熔渣进行渣洗脱硫处理，预熔渣加入量8kg/吨钢；
所述预熔渣按质量百分比其成分为：SiO2≤5％，CaO：50％-56％，MgO≤5％，Al2O3：29％-35％，Al：4％-6％，上述各组分质量百分比之和为100％；预熔渣加入量8kg/吨钢。
步骤b：钢水进行RH真空精炼，进行脱氢、去夹杂、微钙处理。RH真空精炼到站钢水成分S≤0.0015％，P≤0.012％，最小真空度＜50Pa，真空时间≥15min，结束H含量＜0.0002％。钙处理、软吹后钢中剩余稳定Ca含量≤0.0015％，Ca/S比＞0.8；
步骤c：全保护浇铸，中间包低过热度10-25℃，拉速1.0-1.5m/min，依据连铸模型计算凝固末端三段压下量，总压下量3.0-4.0mm，保持末端压下量占总压下量的50％。
生产的膨胀管用钢按质量百分比成分为：C：0.050％～0.100％，Si≤0.30％，Mn：1.50％～2.50％，Ni：0.20～0.90％，Ti≤0.02％，P≤0.010％，S≤0.002％，H≤0.0002％，其余为铁和不可避免的微量杂质。
通过上述内容可以看出，冶炼过程不经LF炉脱硫，通过KR脱硫-转炉控硫-出钢渣洗脱硫，脱磷转炉-脱碳转炉冶炼实现快节奏、少渣冶炼，转炉出钢脱氧产物主要为Al2O3，再结合RH真空精炼后微钙处理，控制板坯夹杂物变为以Al2O3-CaS为主，减少Al2O3-CaO夹杂物比例，Al2O3-CaS构成的夹杂物变形率低，与基体膨胀系数更接近，轧制过程和膨胀过程不易破碎产生裂纹源，而Al2O3-CaO构成的夹杂物轧制过程易破碎延长呈链状，钢管膨胀后造成均匀延伸率偏低，从而达到减少恶化均匀延伸率夹杂物的目的；通过连铸低过热度浇铸、恒低拉速、动态轻压下、凝固末端压下量占总压下量的50％等措施降低锰偏析。
以下通过实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何的限制。
单浇次生产6炉可膨胀石油套管用钢，采用‘KR脱硫→脱磷炉脱磷、脱硅→转炉脱碳→RH真空精炼→连铸’工艺路线生产。
脱硫-脱磷-脱碳过程参数如表1所示，RH真空精炼过程参数如表2所示，连铸过程参数如表3所示。分别在浇次两流的第一炉第一块和最后一炉最后一块板坯取样做低倍评级，低倍评级结果如表4所示。所有板坯均热轧成8-12mm的带钢，每炉取两卷做带状和夹杂物评级，结果如表5所示。
表1脱硫-脱磷-脱碳冶炼控制参数
表2RH真空精炼控制参数
表3板坯连铸控制参数
表4板坯质量评级
注：1-1为本浇次第一炉一流第一块板坯，1-2为本浇次第一炉二流第一块板坯，2-1为本浇次最后一炉一流最后一块板坯，2-2为本浇次最后一炉二流最后一块板坯。
表5热轧带钢质量评级
注：1、2…6代表炉次号，a、b代表卷号。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例中提供的油气井膨胀管用钢的冶炼方法，通过KR脱硫、扒渣，脱磷炉脱磷、脱硅，脱碳炉脱碳，实现少渣冶炼、冶炼过程回硫少，转炉出钢前后挡渣，出钢渣洗完成脱硫和控硫，获得超低硫含量，避免了精炼工艺继续脱硫，确保脱氧产物Al2O3主要转变为Al2O3-CaS类型夹杂物；RH精炼结束进行微钙处理，从而控制夹杂物以Al2O3-CaS为主，减少Al2O3-CaO夹杂物比例，Al2O3-CaS构成的夹杂物变形率低，与基体膨胀系数更接近，轧制过程和膨胀过程不易破碎产生裂纹源，从而达到减少恶化均匀延伸率夹杂物的目的；通过连铸低过热度浇铸、恒低拉速控制、动态轻压下和末端大压下量的措施，降低板坯锰偏析、减小中心等轴晶宽度，实现带钢宽度带状均匀化控制，获得均匀的膨胀延伸率。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种油气井膨胀管用钢的冶炼方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a，铁水经KR脱硫处理，脱硫后充分扒渣，脱硫铁水经脱磷转炉脱磷、脱硅处理后挡渣出脱硫-脱磷-脱硅铁水，脱硫-脱磷-脱硅铁水经转炉脱碳冶炼，出钢过程前后挡渣，出钢过程钢包内加入预熔渣进行渣洗脱硫处理；
步骤b，钢水进行RH真空精炼，完成脱氢、去夹杂、微钙处理；
步骤c，连铸进行中间包低过热度全保护浇铸，控制恒定低拉速、动态轻压下及末端大压下量；
其中，所述步骤c中中间包低过热度10-30℃，拉速1.0-1.5m/min；
步骤c中依据连铸模型计算凝固末端三段压下量，总压下量3.0-4.0mm，保持末端压下量占总压下量的50％。
2.如权利要求1所述的油气井膨胀管用钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤a中KR脱硫后，S含量≤0.0010％，脱硫后扒渣率≥98％。
3.如权利要求2所述的油气井膨胀管用钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤a中脱硫铁水经脱磷转炉脱磷、脱硅处理后，铁水中S含量≤0.0020％，P含量≤0.035％，Si含量≤0.05％，下渣量≤8kg/吨钢。
4.如权利要求3所述的油气井膨胀管用钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤a中出钢过程前后挡渣，下渣量≤5kg/吨钢。
5.如权利要求4所述的油气井膨胀管用钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤a中预熔渣按质量百分比其成分为：SiO2≤5％，CaO：50％-56％，MgO≤5％，Al2O3：29％-35％，Al：4％-6％，上述各组分质量百分比之和为100％；预熔渣加入量8kg/吨钢。
6.如权利要求1所述的油气井膨胀管用钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤b中RH精炼到站钢水成分S≤0.0015％，P≤0.010％，最小真空度＜50Pa，真空时间≥15min，结束H含量＜0.0002％。
7.如权利要求6所述的油气井膨胀管用钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤b中微钙处理指钙处理和软吹，微钙处理后钢中剩余稳定Ca含量≤0.0015％，Ca/S比＞0.8。
8.如权利要求1-7中任一权利要求所述的油气井膨胀管用钢的冶炼方法，其特征在于，所述膨胀管用钢按质量百分比成分为：C：0.050％～0.100％，Si≤0.30％，Mn：1.50％～2.50％，Ni：0.20～0.90％，Ti≤0.02％，P≤0.010％，S≤0.002％，H≤0.0002％，其余为铁和不可避免的微量杂质。
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