超大型加氫筒體用鋼SA-336F11CL3的冶煉方法研究

張艷召　張騰飛　薛良良　郭亞非

(中信重工機(jī)械股份有限公司，河南471003)

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超大型加氫筒體用鋼SA-336F11CL3的冶煉方法研究

張艷召?gòu)堯v飛薛良良郭亞非

(中信重工機(jī)械股份有限公司，河南471003)

通過(guò)分析大型加氫反應(yīng)器鍛件用鋼的特點(diǎn)，嚴(yán)格控制鋼水中殘余元素含量和X、J系數(shù)。確定采用“EBT→LF→VD→VC”的冶煉澆注工藝，成功澆注了4支SA-360F11CL3超大型加氫筒體鍛件鋼錠，其化學(xué)成分及各項(xiàng)指標(biāo)均符合技術(shù)要求。

SA-360F11CL3；加氫筒體；殘余元素；冶煉工藝

加氫反應(yīng)器是現(xiàn)代煉油工業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備。由于鍛件長(zhǎng)期工作在高溫、高壓、臨氫、有毒環(huán)境下，其使用條件苛刻，對(duì)材料的性能要求極高。母材容易產(chǎn)生高溫回火脆性，又因?yàn)槭芨邭浞謮河绊?，焊縫和母材本身會(huì)產(chǎn)生氫脆和氫致破壞，這就對(duì)鍛件提出了更高的技術(shù)要求，同時(shí)也對(duì)冶煉技術(shù)提出了更高的要求，所以具有優(yōu)越冶金質(zhì)量的大鋼錠的生產(chǎn)越來(lái)越重要。

1　技術(shù)要求

1.1化學(xué)成分

SA-360F11CL3加氫筒體用鋼化學(xué)成分要求見(jiàn)表1。

該加氫鍛件的化學(xué)成分還應(yīng)滿足式(1)、式(2)規(guī)定的回火脆性敏感系數(shù)X和J的要求。殘余元素應(yīng)滿足式(3)要求。

(1)

(2)

(3)

1.2質(zhì)量及性能要求

鋼錠不允許存在裂紋、夾渣、偏析、氣泡、縮孔等缺陷。晶粒度不得低于6級(jí)，應(yīng)符合YB/T6394標(biāo)準(zhǔn)。非金屬夾雜物按GB/T10561—2005中B法評(píng)級(jí)圖II進(jìn)行評(píng)定，A類、B類、C類、D類、DS類均不得大于1.5級(jí)，還應(yīng)滿足A+C≤2.5、B+D+DS≤2.5、A+B+C+D+DS≤4.5。

表1　SA-360F11CL3鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

2　冶煉技術(shù)難點(diǎn)分析

此批SA-360F11CL3加氫鋼錠錠型為338 t，是我公司目前生產(chǎn)的直徑最大、壁厚最厚、噸位最大的加氫產(chǎn)品。根據(jù)鍛件的力學(xué)性能要求，確定主要合金元素的化學(xué)成分內(nèi)控范圍及目標(biāo)值。

根據(jù)我公司冶煉生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，分析該鋼種的冶煉難點(diǎn)如下：

(1)有害殘余元素Cu、Sb、Sn、As、P、S的控制。

(2)加氫鋼對(duì)鋼水潔凈度要求嚴(yán)格，精煉過(guò)程應(yīng)加強(qiáng)脫氧操作，嚴(yán)格控制鋼水中氧含量。

(3)鋼中碳含量的控制。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，在VD過(guò)程中容易增碳，嚴(yán)格控制精煉后期碳含量，防止VD后碳含量超標(biāo)。

3　冶煉工藝流程及要點(diǎn)控制

3.1工藝流程

針對(duì)該材質(zhì)冶煉難點(diǎn)確定采用EBT電爐初煉→LF精煉→VD真空脫氣→VC真空澆注的冶煉澆注工藝。

3.2爐料要求

P、S、Cu、Sb、Sn、As等有害殘余元素對(duì)加氫鍛件容易產(chǎn)生回火脆化，并且Cu、Sb、Sn、As等元素在冶煉過(guò)程中無(wú)法去除。為保證對(duì)有害殘余元素含量的控制，優(yōu)選廢鋼，精確計(jì)算，采用P、S、Cu、Sb、Sn、As等有害元素含量低的專用廢鋼、生鐵及鐵合金，確保爐料熔清鋼中殘余元素含量滿足技術(shù)要求。生鐵含量占配料的15%～18%以保證足夠的配碳量。

3.3EBT電爐控制

EBT初煉爐的主要任務(wù)是快速熔化爐料、脫磷、去除夾雜物及氣體。為保證爐料的快速熔化和脫磷，優(yōu)化工藝調(diào)整底灰加入量為料重的5%～6%。加大底灰的配入量有利于增加熔化初期渣的堿度及渣量，可以在前期溫度較低時(shí)提前造高堿度渣，達(dá)到充分脫磷作用。通過(guò)多次流渣操作將磷降低到0.002%以下方可出鋼。合理布料以利于爐料的快速融化，保證足夠的脫碳量以利于吹氧操作時(shí)夾雜物及氣體的去除。采取留鋼留渣操作，嚴(yán)禁氧化渣進(jìn)入鋼包進(jìn)而導(dǎo)致回磷。

3.4LF精煉控制

3.4.1造渣和脫氧操作

精煉包到精煉工位后，測(cè)溫、加渣料。渣料組成：石灰∶螢石= (4～5)∶1；爐渣厚度控制在200 mm～300 mm，爐渣不宜太黏，要求流動(dòng)性好。在精煉過(guò)程中，要時(shí)刻觀察氬氣情況，適時(shí)調(diào)整氬氣流量，以不裸露鋼水面為宜。碳粉和復(fù)合脫氧劑要分批加入。在精煉后期爐內(nèi)要保持微正壓，不斷補(bǔ)加擴(kuò)散脫氧劑，保持還原氣氛。

精煉過(guò)程造高堿度和低氧化性爐渣，爐渣堿度控制在R=2～3， FeO+MnO≤1.0%。這樣可以在精煉過(guò)程中達(dá)到快速脫硫和深度脫氧的目的，精煉結(jié)束可保證鋼水中[O]≤20×10-6。

3.4.2精煉過(guò)程化學(xué)成分的調(diào)整

精煉過(guò)程中嚴(yán)格控制鋼水中碳含量。由于VD過(guò)程可能存在回碳現(xiàn)象，所以VD前C應(yīng)控制在目標(biāo)值的下限，不易過(guò)高。鋼水進(jìn)入VD工位前，按6 m/t鋼水喂Si-Ca線，鋼水溫度控制在1 660～1 670℃。

3.5VD脫氣控制

鋼水包在VD過(guò)程中，在不大于66.65 Pa的真空度下應(yīng)保持15 min以上，真空處理過(guò)程中要時(shí)刻察看鋼水的翻騰情況，進(jìn)泵不宜過(guò)快，嚴(yán)禁溢渣。

3.6VC澆注控制

真空澆注對(duì)脫氫和減少非金屬夾雜物含量的效果是顯著的。在真空狀態(tài)下鋼流滴流的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于氬氣和碳氧反應(yīng)生成的CO氣泡，氣泡在真空狀態(tài)下急速膨脹爆裂，從而帶動(dòng)鋼流的滴流化。由于鋼液的滴流化使氣體的擴(kuò)散路徑縮短，更易于氣體的去除。滴流化使鋼流中的夾雜物不會(huì)進(jìn)入較深的鋼水層，更有利于夾雜物的上浮。

4　鋼錠質(zhì)量情況

4.1化學(xué)成分控制

對(duì)該批次4支鋼錠成品的化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)如表2所示?；瘜W(xué)成分均符合工藝要求，X系數(shù)和J系數(shù)的最大值分別為6.2和82.2，均符合工藝要求。

4.2鍛件中晶粒度和夾雜物的控制

晶粒結(jié)構(gòu)對(duì)筒體鍛件的綜合性能起到至關(guān)重要的作用。晶粒度提高，則產(chǎn)品的脆性轉(zhuǎn)變溫度FATT值明顯降低(圖1)，ΔNDT也隨之降低(圖2)，即產(chǎn)品受中子輻照后韌性變化減小。為提高鍛件的晶粒度，在精煉后期按0.04%～0.05%加入微量元素Nb，以利于細(xì)化晶粒并提高強(qiáng)度和硬度。

熱送的鋼錠表面質(zhì)量良好，后續(xù)加工尺寸及允許偏差滿足工藝要求，力學(xué)性能滿足要求。采用雙真空工藝可以有效的降低鋼水中夾雜物的含量。通過(guò)添加微量元素，晶粒度得到了細(xì)化。四件鍛件的水口端和冒口端的晶粒度和非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果均相同，見(jiàn)表3所示。

表2　鋼錠成品的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表3　鍛件的非金屬夾雜物和晶粒度檢驗(yàn)結(jié)果

5　結(jié)論

分析表明，我廠所生產(chǎn)的SA-336F11CL3超大型加氫筒體的冶煉方法是可行的。主要內(nèi)容總結(jié)如下：

(1)配料時(shí)要嚴(yán)格控制殘余元素的含量，提高底灰比例，有助于快速脫磷和提高鋼鐵料的回收率。

(2)由于成品P≤0.006%，P+Sn≤0.017%，因此電爐出鋼保證P≤0.002%。在精煉過(guò)程中合金化后白渣保持時(shí)間≥20 min，為避免鋼液吸氣，精煉后期及返加熱過(guò)程中，嚴(yán)格控制氬氣流量，鋼液不得裸露。

(3)采用雙真空技術(shù)，可以有效的降低鋼水中非金屬夾雜物和氣體的含量。

[1]王延俊. 石化重大裝備國(guó)產(chǎn)化的艱難歷程及未來(lái)(下篇)[J]. 通用機(jī)械，2005(11)：12-15.

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[4]周威廉. 法國(guó)核反應(yīng)堆壓力殼用鋼規(guī)范剖析[J]. 大型鑄鍛件，1985(1)：56-63.

編輯杜青泉

Research on Smelting Process of Steel SA-336F11CL3 for Ultra Large Hydrogenation Cylinder

Zhang Yanzhao, Zhang Tengfei, Xue Liangliang, Guo Yafei

By analyzing the characteristic of steel used for heavy hydrogenation reactor forgings, the content of residual element in the molten steel,Xcoefficient andJcoefficient have been controlled strictly. Meanwhile, the smelting and pouring processes of EBT→LF→VD→VC have been determined to be used. Four ingots used for SA-360F11CL3 ultra large hydrogenation cylinder forging have been casted successfully, and the chemical composition and the mechanical properties of them meet the technical requirements.

SA-360F11CL3; hydrogenation cylinder; residual element; smelting process

2016—06—15

張艷召(1987一)，男，學(xué)士，助理工程師，從事電爐煉鋼的研究及現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)等。

TG703

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