海洋管線用10MnVNbNiMos鋼的生產(chǎn)實(shí)踐

馬全峰

(天津鋼管制造有限公司煉鋼廠，天津 300301)

管線鋼可分為高寒、高硫地區(qū)和海底鋪設(shè)三類，從油氣輸送管的發(fā)展趨勢(shì)、管線鋪設(shè)條件、主要失效形式和失效原因綜合評(píng)價(jià)看，不僅要求管線鋼有良好的力學(xué)性能，還應(yīng)具有大口徑、可焊接性、耐嚴(yán)寒低溫、耐腐蝕性、抗海水和HIC等性能。海洋管線管這種工作環(huán)境惡劣，線路長(zhǎng)，又不易維護(hù)，對(duì)鋼材質(zhì)量要求非常嚴(yán)格。海洋管線管成分設(shè)計(jì)上要盡量降低鋼材中雜質(zhì)元素P、S、O、N、H等含量，煉鋼過(guò)程除了按成分設(shè)計(jì)要求精確控制外，還要盡可能去除鋼中非金屬夾雜物，提高鋼的純凈度[1-3]。

1 10MnVNbNiMos鋼成分及工藝設(shè)計(jì)

海洋管線用10MnVNbNiMos鋼需滿足抗腐蝕性能、良好的焊接性能，因此，除基本化學(xué)元素要求外，還需滿足w(P)≤0.015%、w(S)≤0.003%，CEpcm：0.17%～0.21%。另外，四象限夾雜物A類、B類、C類、D類均要求≤1.5級(jí)，(A+B+C+D)粗細(xì)系總和要求≤4.0(見(jiàn)表1)。

表1 10MnVNbNiMos鋼的化學(xué)成分要求 %

2 生產(chǎn)工藝控制

2.1 廢鋼和鐵水要求

為滿足不同品種鋼冶煉需要，天津鋼管鐵水實(shí)行分級(jí)管理，電爐冶煉10MnVNbNiMos鋼要求使用一級(jí)鐵水(見(jiàn)表2)。

表2 鐵水主要成分的要求 %

根據(jù)成分設(shè)計(jì)要求，為實(shí)現(xiàn)快速冶煉防止冶煉周期長(zhǎng)鋼水增氮多、快速脫磷至0.010%以下，電爐冶煉10MnVNbNiMos鋼采用兩籃料加一罐鐵水配料方案，廢鋼比率在60%以上。

由于廢鋼比率大，為保證鋼種性能、成分滿足要求，廢鋼殘余元素和五害元素越低越好，通過(guò)選用優(yōu)質(zhì)外購(gòu)廢鋼和廠內(nèi)返回非鉻鉬廢鋼，確保殘余元素和五害元素滿足成分設(shè)計(jì)要求。

2.2 電爐工藝控制

電爐脫磷采用石灰和白云石，石灰加入量3.5～4.5 t每爐，白云石0.5～1.0 t每爐，利用爐壁超音速KT氧槍吹開(kāi)爐渣直接氧化鋼液脫碳脫磷，同時(shí)利用碳搶造好泡沫渣，增大渣-鋼接觸面積，加強(qiáng)渣-鋼界面脫磷反應(yīng)。電爐出鋼采用留鋼留渣操作，對(duì)早期石灰熔化，提前造好泡沫渣，有利于早期低溫機(jī)快速脫磷。

電爐出鋼操作及爐后脫氧劑、渣料加入情況：出鋼溫度≥1 650 ℃，嚴(yán)禁下渣及嚴(yán)重過(guò)氧化出鋼，鋁塊約200 kg/爐，硅鈣鋇約150 kg/爐，石灰約700 kg/爐，精煉渣約300 kg/爐。表3為電爐渣樣成分，表4為電爐融清樣P、S含量。

表3 電爐渣樣成分控制 %

表4 電爐融清樣P、S含量 %

2.3 LF爐工藝控制

電爐出鋼后直接進(jìn)入LF爐，分兩批次加入石灰5～8 kg/t鋼覆蓋鋼水面，保證電極埋弧效果，減少增氮。表5為L(zhǎng)F爐終渣成分，過(guò)程使用鋁粒、硅鐵粉等進(jìn)行渣面脫氧，造高堿度低氧化性渣，白渣保持時(shí)間≥30 min。

表5 LF爐終渣成分控制 %

2.4 VD工藝控制

VD極限真空度20～25 Pa，在真空度<67 Pa下，保高真空時(shí)間≥20 min，對(duì)鋼水進(jìn)行充分脫氣處理，然后喂入鋁絲、鈣絲，軟吹>20 min，保證鈣處理生成的夾雜物充分上浮去除。

2.5 連鑄工藝控制

連鑄采用全程保護(hù)澆注、高振頻小振幅、結(jié)晶器電磁攪拌、恒拉速等技術(shù)，確保鑄坯質(zhì)量合格。Φ270 mm斷面10MnVNbNiMos鋼種連鑄二冷比水量情況見(jiàn)表6，結(jié)晶器振動(dòng)參數(shù)設(shè)定情況見(jiàn)表7，保護(hù)渣理化指標(biāo)情況見(jiàn)表8。熔點(diǎn)1 155±30 ℃,黏度0.36±0.06 Pa·s。

表6 Φ270 mm斷面10MnVNbNiMos鋼種連鑄二冷比水量控制表

表7 Φ270 mm斷面10MnVNbNiMos鋼種結(jié)晶器振動(dòng)參數(shù)設(shè)定表

3 實(shí)踐效果分析

10MnVNbNiMos鋼種成分控制情況見(jiàn)表9。其中，10MnVNbNiMos鋼種C、Mn的偏析情況如圖1、圖2所示。8爐鑄坯軋制Φ219.10 mm×25.40 mm規(guī)格鋼管后取樣：A類、B粗、C類、D粗夾雜四象限評(píng)級(jí)全部0級(jí)，B細(xì)3個(gè)1.0級(jí)、其他全部0.5級(jí)，D細(xì)全部0.5級(jí)(見(jiàn)表10)，評(píng)級(jí)情況如表11所示。

表8 Φ270 mm斷面10MnVNbNiMos鋼種用保護(hù)渣理化指標(biāo)

表9 10MnVNbNiMos鋼種成分控制情況 %

圖1 10MnVNbNiMos鋼種C最大偏析率1.03%

圖2 10MnVNbNiMos鋼種Mn最大偏析率1.05%

表10 四象限夾雜物控制情況

表11 10MnVNbNiMos鑄坯部分爐次低倍評(píng)級(jí)情況

4 總 結(jié)

(1)采用優(yōu)質(zhì)廢鋼和一級(jí)鐵水，電爐出鋼磷控制在0.010%以內(nèi)。

(2)精煉加強(qiáng)過(guò)程脫氧造白渣，成品硫含量控制在0.002%。

(3)精煉精確調(diào)整成分，確保碳當(dāng)量控制在0.17%～0.19%。

(4)VD后期進(jìn)行鈣處理、軟吹促進(jìn)夾雜物充分上浮，管體取樣夾雜評(píng)級(jí)均小于等于1.0級(jí)。

(5)根據(jù)鋼種連鑄特性，設(shè)定合理工藝參數(shù)，連鑄出鑄坯表面和內(nèi)部質(zhì)量完全滿足軋制要求。