專利名稱:一種防止石油套管用連鑄鋼坯表面裂紋的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種API標(biāo)準(zhǔn)中用于生產(chǎn)N80-1類石油套管用連鑄坯的生產(chǎn)工藝，特別是一種防止石油套管用連鑄鋼坯表面裂紋的工藝方法。
背景技術(shù)：
在煉鋼生產(chǎn)中，軋制39Mn2V、39Mn2V/1是適用于生產(chǎn)《套管和油管規(guī)范》(API SPEC 5CT標(biāo)準(zhǔn))中N80-1類石油套管的兩個鋼種，目前已廣泛的應(yīng)用于勝利油田、吐哈油田、青海油田、遼河油田等全國主要的石油企業(yè)。當(dāng)前國內(nèi)生產(chǎn)該品種主要的生產(chǎn)工藝為電弧爐(EAF)、鋼包精煉爐(LF)、真空精煉爐(VD)、連鑄(CCM)，但在生產(chǎn)中，這兩個鋼種在軋制過程中質(zhì)量穩(wěn)定性較差，經(jīng)常在軋制后大量出現(xiàn)管體外折、裂紋等缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致大量的廢品產(chǎn)生。造成此類缺陷的主要原因與非金屬夾雜物超標(biāo)及鑄坯冷卻過程中內(nèi)部應(yīng)力過大、鑄坯在生產(chǎn)時低溫矯直有關(guān)，這與生產(chǎn)工藝有很大的關(guān)系，主要原因在于首先，煉鋼過程中，由于普遍的生產(chǎn)工藝大都使用鋁、硅錳、硅鐵合金進(jìn)行脫氧，因此，在鋼水中易生成堅硬、不變形的細(xì)小固體氧化鋁夾雜以及硅酸根和金屬氧化物化合而成的硅酸鹽夾雜，二者若沒有充分的時間上浮，會聚集在鋼中，破壞鋼的基本連續(xù)性，造成鋼的組織不均勻，影響鋼的各種性能。
另外，在連鑄澆注時，由于這兩個鋼種的錳含量均在1.0～2.0％范圍內(nèi)，而在一般碳鋼中，錳含量只在0.70％以下，對鋼的性能影響不大，因為錳含量增加到1.0％～2.0％時，可使強度提高、塑性降低，易使晶粒粗化，內(nèi)部應(yīng)力較大。并且，鋼在700～900℃時有一個脆性溫度范圍，在這個溫度范圍內(nèi)，如在矯直時受到應(yīng)力的作用易產(chǎn)生裂紋。因此，為了避免這種現(xiàn)象，必須采用調(diào)整二次冷卻水的分布，使連鑄坯在矯直時的表面溫度避開這個溫度區(qū)間以及適當(dāng)?shù)恼{(diào)整拉矯機的壓力。

發(fā)明內(nèi)容針對上述情況，本發(fā)明的目的是在不改變傳統(tǒng)工藝流程的前提下，在按傳統(tǒng)方法提高鋼水潔凈度，降低非金屬夾雜物的同時，提供一種防止石油套管用連鑄鋼坯表面裂紋的工藝方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種防止石油套管用連鑄鋼坯表面裂紋的工藝方法，其具體步驟如下(1)電弧爐(EAF)冶煉工位電爐冶煉時，為彌補廢鋼中碳含量的不足，通過合理的配加鐵水和生鐵來保障入爐料的配碳量在1.0~1.5％范圍內(nèi)，確保盡快造好泡沬渣，在25～35分鐘內(nèi)完成脫磷脫碳；為避免在軋制過程中五害元素(Pb、Sn、As、Sb、Bi)在晶界處偏聚，配料時避免一次性大量使用五害元素(Pb、Sn、As、Sb、Bi)含量較高的廢鋼，同時在冶煉時通過加入鐵水和海綿鐵用以稀釋鋼水中的五害元素；采用偏心爐底無渣出鋼，防止氧化渣進(jìn)入鋼包中，利用留鋼的方法在爐內(nèi)留部分鋼液(接近20t)，保證一定的電爐出鋼溫度；在出鋼后半小時內(nèi)鋼水溫度≥1520℃，確保鋼水在真空精煉爐內(nèi)有足夠的高真空處理時間為≥8Min和鎮(zhèn)靜時間；(2)鋼包精煉爐(LF)處理工位在精煉完畢后通過氬氣弱攪拌保證鋼水在澆注過程中溫度均勻且有合適的過熱度，上連鑄溫度控制在以下范圍開澆爐溫度TL+80+(0~5)℃連澆爐溫度TL+55+(0~5)℃式中TL-------鋼種的液相線溫度使已生的夾雜物充分上浮，同時要避免新的夾雜物生成；(3)真空精煉爐(VD)處理工位真空精煉爐通過真空底吹氬，促進(jìn)夾雜物上浮，提高鋼液純凈度；然后延長高真空處理時間為≥8Min和鎮(zhèn)靜時間，運用Ca處理技術(shù)使串簇狀A(yù)l2O3變?yōu)橐子谂懦龅那驙畹腿埸cCaO-Al2O3系夾雜物，并保證喂Al絲和CaSi絲時間為間隔≥10Min；控制真空精煉爐結(jié)束時間，在連鑄大包鋼水剩40～50t時，下一包鋼水要具備上連鑄條件；剩30～40t時，下一包鋼水起吊上連鑄；(4)連鑄(CCM)工位連鑄大包的長水口采用密封圈，對大包套管全程吹氬，中包液位≥30t，使用對應(yīng)的水表，保證二冷水噴霧，且生產(chǎn)時1、2區(qū)噴淋水選擇串級，3區(qū)噴淋水控制在30L/Min，4區(qū)噴淋水關(guān)閉，對3區(qū)、4區(qū)噴淋水控制方式由串級方式變?yōu)槭謩臃绞?；第一架拉矯機熱坯壓力設(shè)置為零，避開了脆性敏感溫度區(qū)域700～900℃；在澆注后期大包澆鋼完畢后，將拉速逐步降至起步拉速，中間包內(nèi)剩余鋼水高度≥200mm，以減少夾雜物被卷入鑄坯中。
本發(fā)明的效果是通過采用以上工藝，在使用150t超高功率電弧爐、150t鋼包精煉爐、150t真空精煉爐、1機6流弧形圓坯連鑄機等設(shè)備條件下的不斷的修改和完善，最終確定了39Mn2V、39Mn2V/1兩個鋼種的新的生產(chǎn)工藝，防止了石油套管用連鑄鋼坯表面裂紋的出現(xiàn)，提高了鋼種的質(zhì)量，并將廢品量降低了60％。
具體實施方式下面以39Mn2V、39Mn2V/1斷面為φ270mm、φ310mm鑄坯為實施例，對本發(fā)明的一種防止石油套管用連鑄鋼坯表面裂紋的工藝方法加以說明。
由于39Mn2V、39Mn2V/1鑄坯冷卻過程中內(nèi)部應(yīng)力很大、鑄坯在進(jìn)入拉矯機前若溫度過低，就會在矯直后產(chǎn)生矯直裂紋，因此，我們在生產(chǎn)這兩個鋼種時對二次冷卻的強度進(jìn)行了調(diào)整，減弱了二冷區(qū)三區(qū)和四區(qū)的水量，將三區(qū)的冷卻水量降低至30L/min，將四區(qū)水關(guān)閉，用以提高鑄坯矯直溫度，避開700～900℃的脆性溫度范圍。同時也調(diào)整了第一架拉矯機的壓力，把第一架的拉矯機熱坯壓力降為0MPa，降低因在鑄坯內(nèi)部應(yīng)力過大時進(jìn)行矯直而引起芯部裂紋的可能。
本發(fā)明的一種防止石油套管用連鑄鋼坯表面裂紋的工藝方法主要是在不改變已有總的生產(chǎn)流程的前提下，對各個流程的工藝環(huán)節(jié)具體操作如下1、電弧爐(EAF)冶煉工位電爐冶煉時，為彌補廢鋼中碳含量的不足，通過合理的配加鐵水和生鐵來保障入爐料的配碳量在1.0～1.5％范圍內(nèi)，確保盡快造好泡沬渣，在25～35分鐘內(nèi)完成脫磷脫碳的任務(wù)，防止冶煉周期過長造成的鋼水過氧化進(jìn)而增加氧化物夾雜的現(xiàn)象。為避免五害元素(Pb、Sn、As、Sb、Bi)在晶界處偏聚，降低鋼的高溫強度和塑性，在軋制過程中產(chǎn)生外折或裂紋，通過合理的配料方案，避免配料時一次性大量使用五害元素含量較高的廢鋼，同時在冶煉時通過加入鐵水和海綿鐵用以稀釋鋼水中的五害元素。采用偏心爐底無渣出鋼，防止氧化渣進(jìn)入鋼包中，利用留鋼的方法在爐內(nèi)留部分鋼液(約20t)。保證合適的電爐出鋼溫度，這不僅是保證鋼液質(zhì)量的關(guān)鍵，而且也是保證生產(chǎn)順利進(jìn)行的關(guān)鍵，其計算公式為出鋼溫度＝鋼的液相線溫度(1530℃)+(40～50℃)+出鋼期間加合金及造渣料引起的溫降嚴(yán)格按照上述公式計算，確保出鋼后半小時內(nèi)鋼水溫度≥1520℃。以減少精煉工位加熱時間，確保鋼水在真空精煉爐有足夠的高真空處理時間(≥8Min)和鎮(zhèn)靜時間。
2、鋼包精煉爐(LF)處理工位精煉處理是控制夾雜物非常重要的環(huán)節(jié)，不僅要讓已生的夾雜物充分上浮，而且還要避免新的夾雜物生成。因此要求其在調(diào)配好各個成分的同時，在精煉完畢后通過氬氣弱攪拌保證鋼水在澆注過程中溫度均勻且有合適的過熱度，上連鑄溫度控制在以下范圍開澆爐溫度TL+80+(0～5)℃連澆爐溫度TL+55+(0～5)℃式中TL-------鋼種的液相線溫度防止因鑄溫偏高而造成的二次氧化造成的鑄坯內(nèi)部夾雜和矯直裂紋。
3、真空精煉爐(VD)處理工位VD爐通過真空底吹氬，達(dá)到對鋼水脫氫、脫氮、脫氧和脫硫的目的，促進(jìn)夾雜物上浮，提高鋼液純凈度。在做到這些的同時，延長高真空處理時間(≥8Min)和鎮(zhèn)靜時間，控制好喂Al絲和CaSi絲的時間以提高鈣處理效果，要求喂Al絲和CaSi絲時間間隔≥10Min，通過Ca處理，可充分將鋼中的殘留Al2O3轉(zhuǎn)化為低熔點的復(fù)合產(chǎn)物，容易排出鋼液，以利于充分去除鋼水中的B類夾雜(Al2O3)。達(dá)到夾雜物變性及凈化鋼液作用，控制好VD結(jié)束時間，在連鑄大包鋼水剩40～50t時，下一包鋼水要具備上連鑄條件；剩30～40t時，下一包鋼水起吊上連鑄。這樣就確保了鋼水在澆注前有足夠的鎮(zhèn)靜時間，使夾雜物充分上浮。
4、連鑄(CCM)工位連鑄大包長水口采用密封圈、確保大包套管全程吹氬保證，中包液位≥30t，兩鋼種仍然使用工藝卡中各自對應(yīng)的水表，保證二冷水噴霧良好。如下表所示，生產(chǎn)時1、2區(qū)噴淋水選擇串級，3區(qū)噴淋水控制在30L/Min，4區(qū)噴淋水關(guān)閉，控制方式由原來的串級方式變?yōu)槭謩臃绞?；第一架拉矯機熱坯壓力設(shè)置為零，避開了脆性敏感溫度區(qū)域。在澆注后期大包澆鋼完畢后，必須將拉速逐步降至起步拉速，中間包內(nèi)剩余鋼水高度≥200mm以上以減少夾雜物被卷入鑄坯中。
①二冷水強度的調(diào)整
②對第一架拉矯機的壓力的調(diào)整
權(quán)利要求
1.一種防止石油套管用連鑄鋼坯表面裂紋的工藝方法，其具體步驟如下(1)電弧爐(EAF)冶煉工位電爐冶煉時，為彌補廢鋼中碳含量的不足，通過合理的配加鐵水和生鐵來保障入爐料的配碳量在1.0～1.5％范圍內(nèi)，確保盡快造好泡沫渣，在25～35分鐘內(nèi)完成脫磷脫碳；為避免在軋制過程中五害元素(Pb、Sn、As、Sb、Bi)在晶界處偏聚，配料時避免一次性大量使用五害元素(Pb、Sn、As、Sb、Bi)含量較高的廢鋼，同時在冶煉時通過加入鐵水和海綿鐵用以稀釋鋼水中的五害元素；采用偏心爐底無渣出鋼，防止氧化渣進(jìn)入鋼包中，利用留鋼的方法在爐內(nèi)留部分鋼液(接近20t)，保證一定的電爐出鋼溫度；在出鋼后半小時內(nèi)鋼水溫度≥1520℃，確保鋼水在真空精煉爐內(nèi)有足夠的高真空處理時間為≥8Min和鎮(zhèn)靜時間；(2)鋼包精煉爐(LF)處理工位在精煉完畢后通過氬氣弱攪拌保證鋼水在澆注過程中溫度均勻且有合適的過熱度，上連鑄溫度控制在以下范圍開澆爐溫度TL+80+(0～5)℃連澆爐溫度TL+55+(0～5)℃式中TL-------鋼種的液相線溫度使已生的夾雜物充分上浮，同時要避免新的夾雜物生成；(3)真空精煉爐(VD)處理工位真空精煉爐通過真空底吹氬，促進(jìn)夾雜物上浮，提高鋼液純凈度；然后延長高真空處理時間為≥8Min和鎮(zhèn)靜時間，運用Ca處理技術(shù)使串簇狀A(yù)l2O3變?yōu)橐子谂懦龅那驙畹腿埸cCaO-Al2O3系夾雜物，并保證喂Al絲和CaSi絲時間為間隔≥10Min；控制真空精煉爐結(jié)束時間，在連鑄大包鋼水剩40～50t時，下一包鋼水要具備上連鑄條件；剩30～40t時，下一包鋼水起吊上連鑄；(4)連鑄(CCM)工位連鑄大包的長水口采用密封圈，對大包套管全程吹氬，中包液位≥30t，使用對應(yīng)的水表，保證二冷水噴霧，且生產(chǎn)時1、2區(qū)噴淋水選擇串級，3區(qū)噴淋水控制在30L/Min，4區(qū)噴淋水關(guān)閉，對3區(qū)、4區(qū)噴淋水控制方式由串級方式變?yōu)槭謩臃绞?；第一架拉矯機熱坯壓力設(shè)置為0MPa，避開了脆性敏感溫度區(qū)域700～900℃；在澆注后期大包澆鋼完畢后，將拉速逐步降至起步拉速，中間包內(nèi)剩余鋼水高度≥200mm，以減少夾雜物被卷入鑄坯中。
專利摘要
本發(fā)明提供一種防止石油套管用連鑄鋼坯表面裂紋的工藝方法，其步驟包括(1)電弧爐(EAF)冶煉工位，(2)鋼包精煉爐(LF)處理工位，(3)真空精煉爐(VD)處理工位，(4)連鑄(CCM)工位。本發(fā)明的效果是通過采用以上工藝，在使用150t超高功率電弧爐、150t鋼包精煉爐、150t真空精煉爐、1機6流弧形圓坯連鑄機等設(shè)備條件下的不斷的修改和完善，通過對39Mn2V、39Mn2V/l兩個鋼種的生產(chǎn)，防止了石油套管用連鑄鋼坯表面裂紋的出現(xiàn)，提高了鋼種的質(zhì)量，并將廢品量降低了60％。
文檔編號C21C5/00GK1990137SQ200510133630
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月26日
發(fā)明者于泳, 張露, 王振祥, 朱立國, 張志忠, 史志生, 李志園, 及占林 申請人:天津鋼管集團(tuán)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan