專利名稱：一種vd-lf-vd精煉生產抗酸管線鋼的工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于高級別抗酸管線鋼的冶煉生產領域，涉及利用轉爐煉鋼和VD-LF-VD精煉準確控制鋼中成分的冶煉エ藝，該エ藝既能大大減輕轉爐脫碳負擔，降低鋼水氧化性和出鋼溫度，延長轉爐爐齡，又能充分發揮LF爐精煉脫硫功效，VD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，生產エ藝穩定，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：
管道輸送是長距離輸送石油、天然氣最經濟、合理的運輸方式，具有高效、經濟、安全等特點。目前輸送管道正向大口徑、高壓カ方向發展。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、天然氣的開發條件發生了明顯變化，目前雖然天然氣在輸送前進行了浄化處理，但H2S及水的存在引起管道腐蝕仍然不可避免。還有ー些特殊油、氣輸送地區的管線鋼也會發生腐蝕現象。因此近年來管線鋼對抗腐蝕能力，特別是抗氫致裂紋(HIC)和硫化物應カ腐蝕(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，當氫原子結合成氫分子，產生較大壓力，于是形成平行于軋制面，沿軋制方向的裂紋。硫化物應カ腐蝕(Stress Corrosion Cracking-SCC)是在H2S和CO2等腐蝕介質、土壌和地下水中各種酸離子的作用下，腐蝕生成的氫原子經鋼材表面進入鋼材內部，并逐步富集于應カ集中區域，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。同時結合熱控軋控冷(TMCP)エ藝，降低宏觀偏析和帶狀組織，獲得穩定的雙相組織，保證管線鋼具有優良的力學性能和抗酸腐蝕性能。碳是鋼中傳統的強化元素，也是最經濟的元素強化元素。然而碳對鋼的韌性、塑性、焊接性等有不利影響。并且隨著碳含量的増加，HIC敏感性増加。當碳含量低于O. 11%時管線鋼可具有良好的焊接性。當碳含量超過O. 05%時，將導致錳和磷的偏析加劇，當碳含量小于O. 04%吋，能有效防止HIC的產生。近代管線鋼的發展過程是不斷降低碳含量的過程，一般要求小于O. 10%,對需要高韌性或抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼則采用碳小于O. 06%的超低碳含量設計。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}反應的CO氣體分壓，促進脫碳反應進行，生產低碳或超低碳鋼。鋼水真空脫碳最主要的設備為RH真空循環精煉和VD真空攪拌精煉。VD精煉是ー種應用廣泛的真空精煉方式，同樣具有良好的脫碳條件，國內外已有很多鋼廠開始采用VD處理來生產極低碳或超低碳鋼，而且已獲得了很好的處理效果。硫是危害管線鋼質量的主要元素之一，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増加，裂紋敏感性顯著增加；只有當鋼中硫〈O. 0012%吋，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%。目前超深脫硫技術主要應用了系統控制的思想，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エ序的脫硫，整體控制，分步實施，取得了很好的脫硫效果。鐵水預脫硫是ー種較經濟、有效的脫硫方法，在エ業生產中得到廣泛的采用。轉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，往往出現轉爐過程回硫現象。因此、在轉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O. 0005%。為了滿足抗酸管線鋼對鋼水成分的要求，目前國內各鋼廠主要生產流程為鐵水預處理-頂底復吹轉爐冶煉-爐外精煉(LF精煉和RH或VD真空處理組合)-連鑄的一次真空精煉(只經過一次真空精煉)エ藝過程。LF脫硫能力比較強，冶煉管線鋼時脫硫率可 達到70°/Γ90%。但LF脫硫同時存在增碳矛盾。RH或VD真空精煉，具備脫碳、脫氣等功效，但造成鋼水溫度降低。因此生產過程中鋼水脫碳和脫硫及鋼水保溫存在矛盾和生產限制。例如LF-RHエ藝，LF脫硫升溫エ藝在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定的范圍內。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エ序在后，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，因此也要求轉爐出鋼時碳含量要脫至較低水平。而對于RH-LFエ藝，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，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)就要求轉爐出鋼時溫度更高，碳含量更低。LF-VD或VD-LFエ藝也存在相同的問題。以上エ藝都只有一次RH或VD真空精煉過程，即增加轉爐冶煉負擔、降低爐齡，鋼水純凈度較差，同時對于LF和RH或VD真空精煉過程的要求也比較苛刻，即對整體冶金工藝流程各各環節的原料、設備、操作水平的要求都比較高，鋼中碳和硫含量同時達到低或超低水平的穩定生產難度較大。成品鋼中碳、硫成分控制不穩定，抗酸(抗HIC和SCC)性能不能穩定達標。專利“ー種采用VD+LF+VDエ藝生產低碳、超低碳鋼的方法(專利號201010598281. 7，公布日:2011. 05. 18)”提供了ー種利用VD-LF-VD 二次真空精煉生產低碳、超低碳鋼的方法。在鋼水成分控制上只進行低碳或超低碳的設計，沒有對硫含量控制加以嚴格限定，因此無法完成高級別管線鋼抗HIC和SCC成分設計要求。

發明內容
為了解決上述問題，本發明的目的為了消除現有一次真空精煉(只經過一次真空精煉)的LF與RH配合或LF與VD配合エ藝生產低碳低硫鋼的不足，采用二次真空精煉(經過二次真空精煉)的VD-LF-VDエ藝生產抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼的冶煉エ藝，穩定生產，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。本發明的技術方案是ー種VD-LF-VD精煉生產抗酸管線鋼的エ藝，該エ藝的流程為鐵水預脫硫-轉爐冶煉-VD真空脫碳-LF升溫脫硫-VD再次真空脫碳-鈣處理-軟吹-連鑄-熱軋；具體步驟如下
鐵水預脫硫高爐鐵水首先經鐵水預處理進行脫硫，根據各生產單位現有鐵水預脫硫エ藝設備，采用攪拌法或鐵水包噴吹法脫硫，鐵水預脫硫操作結束后，脫硫渣中富含硫，為避免鐵水回硫，將渣扒除干凈，鐵水脫硫率達到90%，硫含量小于O. 003%的入爐鐵水，備用；轉爐冶煉將步驟2得到的鐵水加入到頂底復吹轉爐進行冶煉，加入量占鐵水總量的1(Γ15%的低磷、低硫廢鋼，冶煉過程進行全程底部吹氬氣，對鋼水進行充分攪拌，轉爐終點鋼水的碳含量O. 08% O. 12%，氧含量在O. 06% O. 08%,磷含量< O. 008%,出鋼溫度163(T166(TC，采用擋渣操作出鋼，嚴格控制下渣量，以防止回磷；其中，擋渣造渣料成分包括石灰5(T65kg/t和輕燒白云石15 25kg/t，爐渣堿度為3. 5 4. O ； 第一次VD真空精煉脫碳脫氧利用步驟2中轉爐出鋼后鋼水中富余氧含量，通過抽真空降低[C] +
= {C0}反應的CO氣體分壓，在真空壓カ小于lOOPa，采用大的環流氣體流量120(Tl400L/min進行真空循環，處理時間15min，終點時鋼水碳含量為O. 01% 0. 03% ；
LF爐精煉深脫硫將上述步驟的鋼水進行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O. 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O. 0008%,碳含量為O. 039Γ0. 05%,鋼水溫度為1620 1630で；
第二次VD真空精煉脫碳脫氣將上述步驟的鋼水進行VD真空精煉，在真空壓カ小于lOOPa，采用大的環流氣體流量120(Tl400L/min進行真空循環，處理時間2(T25min，進行真空脫碳、脫氣，得到碳含量為O. 039Γ0. 04%，硫含量為彡O. 0010%的鋼水，經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，利用此エ藝流程生產，成品鋼中碳含量可以穩定控制在
O.039Γ0. 04%,同時硫含量可以穩定控制在彡O. 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。在鋼水冶煉過程結束后，廠家可根據自身連鑄設備和用戶要求將鋼水澆注成鑄坯(板坯、薄板坯或圓坯)，經控軋控冷(TMCP)，生產組織和性能滿足要求的抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼坯。本發明的特別之處在于鋼水經過VD-LF-VD的二次真空精煉過程，即經轉爐冶煉鋼水先進入VD進行真空攪拌精煉脫碳、脫氧；之后進行LF爐精煉脫硫；隨后再一次進入VD進行真空攪拌精煉，由于第一次的VD真空精煉已經脫除了鋼中絕大部分的碳，因此第二次VD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。本發明的優點在于利用VD-LF-VD的二次真空精煉エ藝控制鋼中成分，大大減輕轉爐脫碳負擔，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爐生產負擔；減少強脫氧劑的使用，降低鋼中非金屬夾雜物含量；穩定全流程生產過程，保證鋼水成分控制在生產目標以內，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。高級別抗酸管線鋼市場需求巨大，僅2012年中東地區規劃抗酸Χ6(ΓΧ65管線鋼為30萬噸。高級別抗酸管線鋼生產難度大，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，VD-LF-VDエ藝在穩定生產高級別抗酸管線鋼エ藝保證生產質量的前提下，多エ序綜合匹配，經生產實踐，VD-LF-VDエ藝生產成本在増加100元前提下，鋼種生產成材率由單真空エ藝的70%提高到90%以上，按照抗酸管線鋼噸鋼生產成本6500元計算，噸鋼獲得直接經濟效益(6500/70%-6500/90%)-100=1964元。本發明エ藝應用將實現經濟效益和社會資源節約的雙豐收。本發明エ藝流程同時適合生產其它要求低碳(超低碳)同時低硫(超低硫)的鋼種。 本發明エ藝生產管線管的エ藝參數與單真空精煉エ藝對比如下表。表I
エ藝VD -LF-VD RH-LFしF-RH
轉爐出繼碳含蠻 0,08%~0,12% 0.03% 0.03%
出繼氣含童O—06%~0.0§% O—0S%~0—10% 0.08% O—10%
出W溫度(で> 1630-1660 >1680>1680
_連續生產情況—連續生產—為保護爐襯間PU煉鋼_
VD 出站破含量<0 03%01%-
出站硫含量0.0040%0.0040%-
LF出站破含量ぢ0_05%<0.05%<0.05%
出站硫含量 0..0008%0.0010%0,0008%
VD 出站碳含童ぢ0.03%<-0.03%
出站硫含量 《O 0010%0.0015%
終點破含S炙0.03%=C O ^ 05%嗒0J4%
硫含蜃ぢ0.00〗0% 0^0010%0.0015%
合格率90%70%
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明的技術方案做進ー步說明。本發明ー種VD-LF-VD精煉生產抗酸管線鋼的エ藝，該エ藝的流程為鐵水預脫硫-轉爐冶煉-VD真空脫碳-LF升溫脫硫-VD再次真空脫碳-鈣處理-軟吹-連鑄-熱軋，具體步驟如下
鐵水預脫硫高爐鐵水首先經鐵水包噴吹法脫硫，脫硫劑為顆粒鎂脫硫劑。顆粒鎂噴吹強度為8 12kg/min，用作粉劑輸送的載氣流量為12(Tl50rn3/h，根據鐵水初始硫含量高低，金屬鎂消耗為O. 4^0. 8kg/t，渣量一般在7 17kg/t。處理周期小于22min，鐵水溫降為13 20°C，鐵水預脫硫操作結束后，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%左右，入爐鐵水硫含量小于O. 003%。轉爐冶煉采用頂底復吹轉爐進行冶煉，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，轉爐終點碳含量控制在O. 089Γ0. 12%即可，氧含量在O. 069Γ0. 08%,磷含量< O. 008%。考慮到LF精煉爐的電極埋弧加熱鋼水升溫作用，轉爐出鋼溫度可相對降低，轉爐終點出鋼溫度控制在163(T166(TC，提高轉爐爐齡，防止鋼水過氧化。出鋼時采用擋渣操作，嚴格控制下渣量，以防止回磷。出鋼時根據VD脫碳的需要，采用弱脫氧操作，使得氧含量和碳含量滿足VD真空自然脫碳エ藝需求。第一次VD真空精煉脫碳脫氧VD脫碳脫氧エ藝中，在大流量氬氣攪拌條件下抽真空進行自然氧脫碳；通過降低[C] +
= {C0}反應的CO氣體分壓，促進脫碳同時脫氧反應進行，達到終點時碳含量控制在O. 01%左右。

LF爐精煉深脫硫LF爐渣采用CaO-Al2O3-SiO2三元堿性渣系脫硫，渣中(FeO+MnO)小于0.8%。鋼水到LF爐后，提高鋼包底部吹氬流量至40(T600NL/ min, LF爐電極埋弧加熱，脫硫提高鋼水純凈度，合金微調、溫度調整。LF爐精煉終點鋼水硫含量在< O. 0008%。由于在LF爐精煉過程鋼水增碳，LF爐精煉終點碳含量控制在O. 039Γ0. 05%。同時要求控制返回下一次VD精煉站的鋼水溫度為162(Tl630°C，保證澆鑄時鋼水過熱度為15±5°C。第二次VD真空精煉脫碳脫氣由于LF爐精煉增碳，再利用VD抽高真空進行真空脫碳、脫氣。VD真空精煉終點將鋼水碳含量控制在O. 039Γ0. 04%,同時硫含量控制在(O. 0010%，達到管線鋼抗酸性能的成分要求。經VD處理合格的鋼水可根據需要進行鈣處理和軟吹，軟吹時間控制在12min以上。連鑄連鑄過程要求全程保護澆鋳。熱軋鑄坯經控軋、控冷，生產組織和性能滿足要求的抗酸管線鋼坯。經鐵水預脫硫-轉爐冶煉-VD真空精煉-LF精煉-VD真空精煉-連鑄-熱軋エ藝生產的抗酸管線鋼，按目標成分要求，碳含量可以穩定控制在O. 039Γ0. 04%,同時硫含量可以穩定控制在< O. 0010%，滿足抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼對低碳、低硫和高純凈度的質量要求。實施實例我國中原某鋼廠應用本發明エ藝流程冶煉抗酸(抗HIC和SCC) X65管線鋼，具體流程鐵水預脫硫-轉爐冶煉-VD精煉(脫碳脫氧)-LF精煉(升溫脫硫)-VD精煉(脫碳脫氣)_板坯連鑄-熱軋生產的25. 2mm厚度抗酸X65管線鋼，成品鋼碳含量控制在〈O. 04%，硫含量小于O. 0009%，鋼板經軋制制管后完全達到抗酸檢驗要求。單真空(LF-VD)エ藝與雙真空(VD-LF-VD)エ藝管線鋼制管后取樣質量對比見下表。表I
權利要求
1.一種VD-LF-VD精煉生產抗酸管線鋼的工藝，該工藝的流程為鐵水預脫硫-轉爐冶煉-VD真空脫碳-LF升溫脫硫-VD再次真空脫碳-鈣處理-軟吹-連鑄-熱軋；其特征在于，具體步驟如下 鐵水預脫硫高爐鐵水首先經鐵水預處理進行脫硫，根據各生產單位現有鐵水預脫硫工藝設備，采用攪拌法或鐵水包噴吹法脫硫，鐵水預脫硫操作結束后，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%，硫含量小于0. 003%的入爐鐵水，備用； 轉爐冶煉采用頂底復吹轉爐進行冶煉，加入量占鋼水總量的1(T15%的低磷、低硫的廢鋼，冶煉過程進行全程底部吹氬氣，對鋼水進行充分攪拌，轉爐終點鋼水碳含量控制在0. 08% 0. 12%，氧含量在0. 06% 0. 08%,磷含量< 0. 008%,轉爐終點出鋼溫度控制在163(T166(TC，提高轉爐爐齡，防止鋼水過氧化，出鋼時采用擋渣操作，嚴格控制下渣量，以防止回磷，其中，造渣料成分包括石灰5(T65kg/t和輕燒白云石15 25kg/t，爐渣堿度控制在 3. 5 4. 0 ； 第一次VD真空精煉脫碳脫氧利用轉爐出鋼后鋼中富余氧含量，通過抽真空降[C] +
= {CO}反應的CO氣體分壓，促進脫碳同時脫氧反應進行，在真空壓力小于67Pa處理時間30min，達到終點時鋼水碳含量控制在0. 0P/T0. 03%，備用； LF爐精煉深脫硫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FeO和MnO含量小于0. 8% ;鋼水到LF爐后，冶煉過程進行全程底部吹氬氣，對鋼水進行充分攪拌，LF爐電極埋弧加熱避免電極裸露或過度接觸鋼水減小增碳增氮，力口熱兩次，造白渣脫硫提高鋼水純凈度，合金微調、溫度調整，LF精煉處理時間為35 45min，LF爐精煉終點鋼水硫含量在< 0. 0008%,由于在LF爐精煉過程鋼水增碳，LF爐精煉終點碳含量控制在0. 039T0. 05%,同時要求控制返回下一次VD精煉站的鋼水溫度為162(Tl630°C，澆鑄時鋼水過熱度為15±5°C ； 第二次VD真空精煉脫碳脫氣由于LF爐精煉增碳，再利用VD抽高真空進行真空攪拌脫碳、脫氣，在真空壓力小于67Pa，處理時間2(T25min，VD真空精煉終點將鋼水碳含量控制在0. 039T0. 04%,同時硫含量控制在< 0. 0010%的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
本發明一種VD-LF-VD精煉生產抗酸管線鋼的工藝，該工藝利用轉爐粗煉和RH-LF-RH精煉工藝控制鋼水成分，生產低碳、低硫的抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼。具體工藝流程為鐵水預脫硫-轉爐冶煉-第一次VD真空精煉-LF精煉脫硫-第二次VD真空精煉-連鑄。本發明利用二次VD真空精煉過程，既能減輕轉爐脫碳負擔，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，穩定生產，保證鋼水成分穩定控制在生產目標以內，滿足抗酸管線鋼對低碳、低硫和高純凈度的成分控制要求。利用本發明工藝流程生產的成品鋼中碳含量可以穩定控制在0.03%~0.04%，同時硫含量可以穩定控制在≤0.0010%。
文檔編號C21C5/35GK102676744SQ20121020073
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月18日 優先權日2012年6月18日
發明者成澤偉, 王永勝 申請人:北京科技大學