-100℃低溫?zé)o縫鋼管鋼連鑄圓坯的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬冶金領(lǐng)域，特別涉及-100°C低溫用無(wú)縫鋼管鋼(如Gr.3(p35(Kf38幻連鑄 圓坯的生產(chǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)石油、化工等能源行業(yè)需要大量低溫用鋼來(lái)制造 各種液化石油氣、液氨、液氧、液氮的生產(chǎn)及存儲(chǔ)設(shè)備。根據(jù)我國(guó)"十二五"規(guī)劃，未來(lái)五年將 優(yōu)化石化能源的發(fā)展，加快油氣資源的開(kāi)發(fā)。這將給低溫服役條件下能源生產(chǎn)及存儲(chǔ)設(shè)備 制造行業(yè)提供廣闊的市場(chǎng)及發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也會(huì)促進(jìn)耐低溫材料的發(fā)展。由于容器特殊用 途，對(duì)低溫鋼性能的要求更加嚴(yán)格，首先要保證在使用溫度下具有足夠的抗脆性開(kāi)裂的能 力，要求產(chǎn)品不僅具有高的強(qiáng)度，而且還要具備高的低溫沖擊韌性，因此低溫管對(duì)鋼質(zhì)純凈 度要求很高，而且隨著溫度的降低對(duì)鋼的純凈度要求更高。
[0003] 目前生產(chǎn)的-100°C低溫鋼都是采用轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程工藝線生產(chǎn)，對(duì)鐵水進(jìn)行了深脫硫 預(yù)處理，保證鋼質(zhì)純凈度，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高，競(jìng)爭(zhēng)力差。
[0004] 連鑄圓坯是生產(chǎn)無(wú)縫鋼管的主要管坯，常規(guī)品種是碳素鋼、低合金鋼和合金結(jié)構(gòu) 鋼，合金元素少，對(duì)連鑄機(jī)設(shè)備和二冷水制度要求不高。用于_l〇〇°C低溫?zé)o縫鋼管鋼Gr. 3碳 含量低，鎳含量高，與圓坯連鑄常用的品種如碳素鋼、低合金鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)完全不 同。由于鎳對(duì)鋼的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能有強(qiáng)烈的影響，因此含鎳鋼種一般枝狀組織比較嚴(yán)重，連 鑄工藝、電磁攪拌使用不當(dāng)將無(wú)法消除鑄坯枝狀組織，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的裂紋或縮孔缺 陷，即使通過(guò)鍛制加工也不容易消除帶狀組織，帶狀組織嚴(yán)重影響低溫沖擊韌性。因此常規(guī) 的連鑄工藝不能解決鎳鋼連鑄坯枝狀組織、裂紋或縮孔的難題，必須進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的主要目的是提供一種_100°C低溫用無(wú)縫鋼管鋼連鑄圓坯的生產(chǎn)方法，通 過(guò)控制最佳的鋼水條件、連鑄二冷制度與澆鑄溫度、拉速匹配、合理的電磁攪拌參數(shù)，消除 連鑄坯枝狀組織、鑄坯裂紋和縮孔缺陷，生產(chǎn)出直接用于乳制無(wú)縫鋼管(如Gr.3)連鑄圓坯， 縮短生產(chǎn)周期，降低成本，增強(qiáng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明提供一種-100°C低溫?zé)o縫鋼管鋼連鑄圓坯的生產(chǎn)方法，原料依次經(jīng)電弧爐 冶煉-LF精煉-VD真空處理-圓坯連鑄-連鑄坯精整-合格圓坯，其中，
[0008] 圓坯連鑄工序中，控制連鑄鋼水過(guò)熱度26~31°C，澆注速度（拉速）為0.36~ 0.454m/min，連鑄二冷比水量0.15~0.22L/kg，連鑄二冷區(qū)分4段，采用氣霧冷卻，各段水量 占有的比例分別為：第一段水量35~37%、第二段水量27~29%、第三段水量18~20%、第 四段水量16~18%。
[0009] 進(jìn)一步，圓坯連鑄工序中，在連鑄結(jié)晶器和凝固末端采用電磁攪拌，連鑄結(jié)晶器電 磁攪拌電流220~280A、頻率2.5~3.0ΗΖ，凝固末端電磁攪拌電流120~180A、頻率6~8HZ。
[0010] 所述-100°C低溫?zé)o縫鋼管鋼為Gr.3鋼。
[0011] 進(jìn)一步，本發(fā)明中，所述-100°c低溫?zé)o縫鋼管鋼的化學(xué)成分及其重量含量為：C 0.06~0.10%、Si 0.21 ~0·33%、Μη 0.48~0.58%、P<0.008%、S< 0.004%、Ni3.4~ 3·7%、Α1 0.03~0.06%、余量為殘余元素和鐵。
[0012 ] 進(jìn)一步，所得圓還的直徑為φ3 5 0m m~φ3 8 8m m。
[0013] 進(jìn)一步，上述方法中，所述LF精煉工序中，采用石灰和合成渣造渣，石灰和合成渣 的總質(zhì)量占鋼水質(zhì)量的1.2~1.8% ;其中，石灰和合成渣的質(zhì)量百分比為:石灰80~90%， 合成渣10~20%，合成渣的成分為CaO 60~68%、Al2〇3 15~20%、CaF2 10~15%、Si〇2< 5%、Mg0<3%、S<0.1%。
[0014] 優(yōu)選的，上述方法中，電爐冶煉采用超高功率電弧爐冶煉。
[0015] 更優(yōu)選的，采用70噸高阻抗超高功率電弧爐。
[0016]優(yōu)選的，圓坯連鑄工序中，采用三機(jī)三流圓坯連鑄機(jī)澆鑄。
[0017]優(yōu)選的，所述原料指廢鋼和生鐵，廢鋼與生鐵的質(zhì)量比為100:35-45,廢鋼的化學(xué) 成分滿(mǎn)足:C 0.07~0.48%、P< 0.025%、S< 0.020%，F(xiàn)e為余量。
[0018] 本發(fā)明的有益效果：
[0019] 本發(fā)明控制連鑄中間包鋼水過(guò)熱度，連鑄二冷區(qū)采用多段氣霧冷卻，并對(duì)各段冷 卻水量進(jìn)行合理匹配，減少鑄坯表面回溫和鑄坯表面溫度梯度，提高鑄坯拉矯前溫度，防止 鑄坯熱應(yīng)力增加和鑄坯表面溫度反復(fù)變化，使鑄坯組織發(fā)生多次相變，導(dǎo)致鑄坯枝狀組織 發(fā)達(dá)、鑄坯產(chǎn)生裂紋、縮孔缺陷，生產(chǎn)的連鑄圓坯質(zhì)量滿(mǎn)足乳管要求。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 本發(fā)明提供一種-100°C低溫?zé)o縫鋼管鋼連鑄圓坯的生產(chǎn)方法，原料依次經(jīng)電弧爐 冶煉-LF精煉-VD真空處理-圓坯連鑄-連鑄坯精整-合格圓坯，其中，
[0021] 圓坯連鑄工序中，控制連鑄鋼水過(guò)熱度26~31°C，澆注速度（拉速）為0.36~ 0.454m/min，連鑄二冷比水量0.15~0.22L/kg，連鑄二冷區(qū)分4段，采用氣霧冷卻，各段水量 占有的比例分別為：第一段水量35~37%、第二段水量27~29%、第三段水量18~20%、第 四段水量16~18%。
[0022] 進(jìn)一步，圓坯連鑄工序中，在連鑄結(jié)晶器和凝固末端采用電磁攪拌，連鑄結(jié)晶器電 磁攪拌電流220~280A、頻率2.5~3.0ΗΖ，凝固末端電磁攪拌電流120~180A、頻率6~8HZ。 這樣可提高鑄坯表面質(zhì)量和鋼質(zhì)純凈度，改善鑄坯內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。
[0023] 所述-100°C低溫?zé)o縫鋼管鋼為Gr · 3鋼。
[0024] 進(jìn)一步，本發(fā)明中，所述-100°C低溫?zé)o縫鋼管鋼的化學(xué)成分及其重量含量為：C 0.06~0.10%、Si 0.21 ~0·33%、Μη 0.48~0.58%、P<0.008%、S< 0.004%、Ni3.4~ 3·7%、Α1 0.03~0.06%、余量為殘余元素和鐵。
[0025] 本發(fā)明通過(guò)弧型連鑄機(jī)澆鑄成直徑為φ35 0~φ3 88mm的連鑄坯。Gr. 3鋼液相線約 為1507°C、固相線約為1479°C，液相線與固相線溫度相差約28°C，對(duì)連鑄時(shí)鋼水的溫度、澆 注速度要求非常苛刻，鋼水凝固時(shí)容易搭橋，使鑄坯中心補(bǔ)縮不好。而且Gr.3鋼碳含量低， 凝固收縮大，而且碳含量在包晶鋼反應(yīng)區(qū)域，鋼水凝固時(shí)發(fā)生包晶反應(yīng)，導(dǎo)致鑄坯凝固坯殼 不均勻，使鑄坯產(chǎn)生裂紋缺陷。合金元素 Ni高，鋼的導(dǎo)熱性差，鑄坯枝狀組織發(fā)達(dá)，鑄坯凝固 補(bǔ)縮不好，尤其是鑄坯斷面越大，補(bǔ)縮效果越差，鑄坯中心容易形成縮孔。另外，合金元素含 量高，鋼液凝固時(shí)鑄坯斷面收縮大，已凝固鑄坯不能承受鋼液凝固收縮應(yīng)力，鑄坯就容易產(chǎn) 生中心裂紋和表面裂紋。改善鑄坯縮孔和裂紋形成條件必須從鋼水過(guò)熱度、連鑄冷卻著手， 避免應(yīng)力的集中釋放，形成鑄坯縮孔、中心裂紋和表面裂紋。
[0026] 本發(fā)明生產(chǎn)工藝流程:超高功率電弧爐-LF精煉爐-VD真空處理-圓坯連鑄-連 鑄坯表面清理-合格圓坯-乳管。本發(fā)明采用高阻抗超高功率電弧爐冶煉初煉鋼水，去除 鋼中的磷及氣體含量，確保鋼水終點(diǎn)碳，防止鋼水被過(guò)氧化;LF鋼包精煉提高鋼質(zhì)純凈度， 調(diào)整鋼水合金元素含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求;VD真空處理去氣、去夾雜物;連鑄控制鋼水過(guò)熱度26 ~31°C，拉速為0.36~0.45m/min，比水量0.15~0.22L/kg，二冷區(qū)分4段氣霧冷卻，各段水 量百分比分別為:第一段水量百分比為35~37%、第二段水量占27~29%、第三段水量占18 ~20%、第四段水量占16~18%。使鋼水過(guò)熱度小，鑄坯溫度均勻，各段之間鑄坯表面回溫 小，避免鑄坯熱應(yīng)力增加和鑄坯溫度反復(fù)變化而發(fā)生多次相變，導(dǎo)致鑄坯枝狀組織發(fā)達(dá)，產(chǎn) 生縮孔和裂紋缺陷。
[0027] 本發(fā)明中，由于該鋼碳含量為0.06~0.10%，鋼水在連鑄結(jié)晶器凝固時(shí)，容易發(fā)生 包晶反應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)鋼水凝固坯殼不均勻，使鑄坯產(chǎn)生表面裂紋，嚴(yán)重者導(dǎo)致連鑄漏 鋼，使鋼水報(bào)廢，因此連鑄澆注時(shí)需要降低澆注速度(拉速），避免發(fā)生包晶反應(yīng)。降低澆注 速度只有通過(guò)提高鋼水過(guò)熱度來(lái)實(shí)現(xiàn)，但若鋼水過(guò)熱度太高，連鑄時(shí)容易漏鋼，而且鑄坯枝 狀晶很發(fā)達(dá)，影響產(chǎn)品的沖擊韌性;若鋼水過(guò)熱度太低，連鑄澆注時(shí)容易溢鋼，導(dǎo)致連鑄澆 注失敗，而且鋼水溫度低，不利于夾雜物上浮去除；因此鋼水過(guò)熱度與鑄坯澆注速度必須合 理匹配，設(shè)計(jì)鋼水過(guò)熱度為26~31°C，拉速為0.36~0.45m/min。
[0028] 本發(fā)明中，連鑄結(jié)晶器電磁攪拌電流220~280A、頻率2.5~3.0ΗΖ，凝固末端電磁 攪拌電流120~180A、頻率6~8HZ，改善鑄坯凝固組織結(jié)構(gòu)。如果連鑄結(jié)晶器電磁攪拌電流 大于280A、頻率大于3.0ΗΖ，鑄坯直徑的1/4與3/4點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的C正偏析，影響產(chǎn)品的低溫 沖擊韌性;如果連鑄結(jié)晶器電磁攪拌電流小于220A、頻率小于2.5HZ，不能發(fā)揮電磁攪拌的 作用，不能提高鑄坯表面質(zhì)量和鋼質(zhì)純凈度。如果凝固末端電磁攪拌電流大于180A、頻率大 于8HZ，在鑄坯直徑1/4~3/4之間會(huì)形成白亮帶，即C的負(fù)偏析，影響產(chǎn)品的力學(xué)性能；如果 凝固末端電磁攪拌電流小于120A、頻率小于6HZ，電磁力攪不動(dòng)鑄坯中心未凝固的鋼液，不 能改善鑄坯中心的微觀偏析，影響產(chǎn)品的組織均勻性。
[0029] 連鑄二冷水的作用是將從結(jié)晶器拉出來(lái)的帶有液心的鑄坯，在二次冷卻區(qū)接受氣 霧冷卻，促使鑄坯快速完全凝固，隨著鑄坯坯殼厚度的增加，導(dǎo)熱速度減慢，二次冷卻系統(tǒng) 必須設(shè)計(jì)為均勻降低鑄坯溫度，避免鑄坯表面溫度急劇變化，導(dǎo)致鑄坯產(chǎn)生裂紋缺陷。 [0030]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的描述，并不因此將本發(fā)明限 制在所述的實(shí)施例范圍之中。
[0031] 實(shí)施例1
[0032] Gr. 3生產(chǎn)工藝流程:原料經(jīng)70噸高阻抗超高功率電弧爐-LF精煉爐-VD真空處理 -圓坯連鑄-鑄坯緩冷-鑄坯表面清理-鑄坯乳管。
[0033] 70噸高阻抗超高功率電弧爐采用優(yōu)質(zhì)廢鋼和生鐵作原料，生鐵為爐料總重量的 35%，利用電能熔化廢鋼，