專利名稱：一種大線能量焊接管線用鋼的冶煉方法
技術領域：
本發明涉及一種管線鋼生產技術領域。具體涉及一種大線能量焊接管線用 鋼的冶煉方法。
背景技術：
由于鋼在焊接時焊縫金屬要發生局部重熔，焊后冷卻過程中熔合線附近晶
粒將粗化形成粗晶熱影響區(CGHAZ)，粗晶組織導致局部強度和韌性降低(田 志凌.TMCP鋼局部脆性區斷裂韌性的研究[J].鋼鐵研究學報，1998, 10(4): 50 53)。因此，焊接熱影響區(HAZ)成為鋼鐵構件的脆弱區域。近年來，隨著高 級別管線鋼采用大幅度提高焊接效率的單面埋弧焊、氣電焊或電渣焊等大線能 量焊接技術進行焊接，焊接線能量輸入從原來較低的手弧焊(S25kJ/cm)、自動 焊(S35kj/cm)提高到50kJ/cm 150kJ/cm,甚至更高。HAZ峰值溫度將達到或 超過140(TC，使CGHAZ晶粒粗化傾向更加明顯。
為了改善X100以上高級別管線鋼焊接熱影響區韌性，在冶煉過程中采用 11203氧化物冶金技術，即在冶煉過程中精確控制鋼液脫氧元素組成，以便在鋼 液凝固過程中析出尺寸在0.2um 2um的小顆粒氧化物夾雜。這些氧化物夾雜 本身并不能阻止焊接熱影響區奧氏體晶粒長大，但在焊接后的冷卻過程中具有 非均質形核質點的作用，可在奧氏體晶粒內部誘發針狀鐵素體組織(IGF)，從 而起到細化焊接熱影響區組織的效果(Jin-ichi Takamura ， Schozo Mizoguchi. Roles of Oxides in Steels Performance. Proc. of the 6 inter, iron and steel cong. ,1990， Nagoya, ISIJ: 591-602)。文獻研究表明鈦的氧化物中11203是最有 效的針狀鐵素體形核核心(楊穎，宋福明，宋波等.非調質鋼中鈦氧化物冶金行為 [J〗.北京科技大學學報.2005， 27 (5): 540 554.)。但熱力學研究表明，要析出 尺寸為0.2 ii m ~2 u 111的細小11203夾雜，必須嚴格控制鋼中的酸溶鋁含量和溶解 氧含量在很低的范圍(薛正良,齊江華,趙棟楠等.基于氧化物冶金技術的管線鋼 凝固脫氧熱力學.特殊鋼，2007 (4) :4 6.),這與傳統的鋁脫氧理論是相違背的。因此，實際生產過程中要實現上述目標，工藝控制十分復雜和困難。所以 目前氧化物冶金技術的工業化進展緩慢，具體冶煉工藝細節也未見公開報道。

發明內容
本發明的目的是提供一種工藝簡單、成本低廉、生產上易于操作和控制的 大線能量焊接管線用鋼的冶煉方法。
為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是轉爐出鋼過程中采用鋁 深脫氧，LF爐造白渣深脫硫，在精煉或連鑄階段直接向鋼液中噴吹納米級MgO 和CaO粉中的一種或兩種，噴入鋼液中的MgO和CaO粉的尺寸為10 nm 200nm，噴吹量為0.05 kg/t ~lkg/t。其中，向鋼液中噴吹納米級MgO和CaO粉 是通過RH真空處理裝置上升管的吹氬口或在連鑄過程中大包至中間包的長水 口上設置的吹氬管吹入鋼液。
本發明冶煉得到的大線能量焊接管線用鋼的主要化學成分是w (C) 0.04o/o 0.06o/o、 w (S) S0.003o/o、 w (P) ^0.003%、 w (Si) O.20/O 0.40/0、 w (Mn) 1.8o/o 2.0°/o、 w (N) S0.005%、 w (B) 0.001% 0.0015%、 w (Ti) ^0.05%、 w (Als) 0.015%~0.05%。
由于采用上述技術方案，本發明在管線用鋼冶煉過程中采用直接噴吹納米 級高熔點MgO和CaO粉的冶煉技術；納米級MgO和CaO粉噴入鋼液過程中， 被RH上升管內或者大包至中間包之間的長水口內呈強烈湍流運動的鋼流攪入 鋼液，并呈彌散分布。納米級MgO和CaO顆粒在煉鋼溫度下穩定不分解，且 在鋼液中不易聚合長大。鋼液澆鑄凝固后，納米級MgO和CaO顆粒均勻彌散 分布在鑄坯中。
使用這一冶煉方法后，管線鋼釆用大線能量焊接時，焊接熱影響區的奧氏 體晶粒因受到納米級MgO和CaO顆粒在晶界釘扎，阻止奧氏體晶粒在高溫下 長大，從而起到細化焊接熱影響區組織的效果，達到提高焊接熱影響區強度和 韌性的目的。
采用此方法的優點是冶煉過程中可以采用傳統的鋁脫氧工藝，鋼水的深脫 氧和深脫硫很容易實現。因此，本發明具有工藝簡單、成本低廉、生產上易于 操作和控制的特點。
具體實施例方式
下面結合具體實施方式
對本發明作進一步的描述，并非對保護范圍的限制。 實施例l
一種大線能量焊接管線用鋼的冶煉方法轉爐出鋼過程中采用鋁深脫氧
■~LF爐造白渣深脫硫一RH真空處理，并在RH上升管內吹氬的同時，直接向 鋼液中噴吹尺寸為10 nm 200nm的MgO粉，噴吹量為0.5 kg/t~lkg/t;然后進 行鈣處理一軟吹一連鑄，即得到大線能量焊接管線用鋼鋼坯。
本實施例1冶煉得到的大線能量焊接管線用鋼的主要化學成分是W (C) 0.04o/o 0.06o/o、 w (S) S0.003o/o、 w (P) ^0.003%、 w (Si) 0.2o/o 0.4o/o、 w (Mn) 1.8% 2.0%、 w (N) S0.005o/o、 w (B) 0.001% 0.0015o/o、 w (Ti) ^).05%、 w (Als) 0.025%~0.05o/o。
實施例2
一種大線能量焊接管線用鋼的冶煉方法轉爐出鋼過程中用鋁深脫氧一LF
爐造白渣深脫硫一RH真空處理一鋼液鈣處理一軟吹一連鑄，在連鑄過程中大包 至中間包的長水口上設置吹氬管，通過此吹氬管噴吹尺寸為10nm 200nm的 CaO粉，噴吹量為0.05 kg/t 0.5kg/t。鋼水澆鑄后即得大線能量焊接管線用鋼鋼 坯。
本實施例2冶煉得到的大線能量焊接管線用鋼的主要化學成分是W (C)
0.04% 0.06%、 w (S) 50.003%、 w (P) ^0.003%、 w (Si) 0.2o/o 0.4o/o、 w (Mn) 1.80/0 2.0%、 w (N) S0.005o/o、 W (B) 0.001% 0.0015%、 w (Ti) ￡0.05%、 w (Als) 0.015%~0.25%。 實施例3
一種大線能量焊接管線用鋼的冶煉方法轉爐出鋼過程中采用鋁深脫氧 -LF爐造白渣深脫硫，在RH真空處理階段，在RH上升管內吹氬的同時直接 向鋼液中噴吹尺寸為10 nm 200nm的MgO和CaO粉，噴入量為0.1kg/t 0.8kg/t， MgO和CaO納米粉的質量比為h 1;鋼水澆鑄后即得到大線能量焊 接管線用鋼鋼坯。
本實施例3冶煉得到的大線能量焊接管線用鋼的主要化學成分是w (C)
50.04% 0.06%、 w (S) $0.003%、 w (P) ^0.003o/o、 w (Si) 0.2% 0.4%、 w (Mn) 1.8% 2.0%、 w (N) ^0.005%、 w (B) 0.001% 0.0015%、 w (Ti) ^).05%、 w (Als) 0.015%~0.035o/o。
本具體實施方式
采用直接向鋼液噴吹納米級高熔點MgO和CaO粉的冶煉 技術；納米級MgO和CaO粉噴入鋼液過程中，被RH上升管內或者大包至中間 包之間的長水口內呈強烈湍流運動的鋼流攪入鋼液，并呈彌散分布。納米MgO 和CaO顆粒在煉鋼溫度下穩定不分解，且在鋼液中不易聚合長大；鋼液澆鑄凝 固后，納米尺度的MgO和CaO顆粒均勻彌散分布在鑄坯中。
使用這一冶煉方法后，管線鋼采用大線能量焊接時，焊接熱影響區的奧氏 體晶粒因受到納米級MgO和CaO顆粒在晶界釘扎，阻止奧氏體晶粒在高溫下 長大，從而起到細化焊接熱影響區組織的效果，達到提高焊接熱影響區強度和 韌性的目的。
采用此方法的優點是冶煉過程中可以采用傳統的鋁脫氧工藝，鋼水的深脫 氧和深脫硫很容易實現。因此，本發明具有工藝簡單、成本低廉、生產上易于 操作和控制的特點。
權利要求
1、一種大線能量焊接管線用鋼的冶煉方法，其特征在于轉爐出鋼過程中采用鋁深脫氧，在精煉或連鑄階段直接向鋼液中噴吹納米級Mg0和CaO粉中的一種或兩種，噴入鋼液中的MgO和CaO粉的尺寸為10nm～200nm，噴吹量為0.05kg/t～1kg/t。
2、 根據權利要求1所述的大線能量焊接管線用鋼的冶煉方法，其特征在于 所述的向鋼液中噴吹納米級MgO和CaO粉是通過RH真空處理裝置上升管的吹 氬口或在連鑄過程中大包至中間包的長水口上設置的吹氬管噴入鋼液。
全文摘要
本發明涉及一種大線能量焊接管線用鋼的冶煉方法。所采用的技術方案是轉爐出鋼過程中用鋁深脫氧，LF爐造白渣深脫硫，在精煉或連鑄階段直接向鋼液中噴吹尺寸為10nm～200nm的MgO和CaO中的一種或兩種，鋼水澆鑄后即得大線能量焊接管線用鋼的鋼坯。在上述冶煉工藝中，納米級MgO和CaO粉的噴吹量為0.05kg/t～1kg/t。該管線鋼采用大線能量焊接時，焊接熱影響區的奧氏體晶粒因受到納米級MgO、CaO顆粒釘扎晶界，阻止奧氏體晶粒在高溫下長大，從而起到細化焊接熱影響區組織的效果，達到提高焊接熱影響區強度和韌性的目的。與傳統的管線鋼冶煉工藝相比，本發明具有工藝簡單、成本低廉、生產上易于操作和控制的特點。
文檔編號C21C7/00GK101591719SQ200910063159
公開日2009年12月2日 申請日期2009年7月14日 優先權日2009年7月14日
發明者薛正良, 趙棟楠, 齊江華 申請人:武漢科技大學