[发明专利]一种RH-LF-RH精炼生产抗酸管线钢的工艺

说明书

技术领域

本发明属于高级别抗酸管线钢的冶炼生产领域，涉及利用转炉炼钢和RH-LF-RH精炼准确控制钢中成分的冶炼工艺，该工艺既能大大减轻转炉脱碳负担，降低钢水氧化性和出钢温度，延长转炉炉龄，又能充分发挥LF炉精炼脱硫功效，RH真空二次处理消除LF过程增碳的不利影响，减少强脱氧剂加入量，降低钢中脱氧夹杂物，提高纯净度，炉次成分均匀，生产工艺稳定，可操作性强，满足抗酸（抗HIC和SCC）管线钢对低碳、低硫和高纯净度的成分控制要求。

背景技术

管道输送是长距离输送石油、天然气最经济、合理的运输方式，具有高效、经济、安全等特点。目前输送管道正向大口径、高压力方向发展。管线钢在要求高强度的同时还要求具有高的低温止裂韧性和良好焊接性。而且20世纪70年代以来，各国石油、天然气的开发条件发生了明显变化，目前虽然天然气在输送前进行了净化处理，但H₂S及水的存在引起管道腐蚀仍然不可避免。还有一些特殊油、气输送地区的管线钢也会发生腐蚀现象。因此近年来管线钢对抗腐蚀能力，特别是抗氢致裂纹（HIC）和硫化物应力腐蚀（SCC）的要求越来越高。

氢致裂纹(Hydrogen Induced Crack-HIC)是由腐蚀生成的氢原子进入钢中，聚集在MnS与母材的界面上，沿着碳、锰和磷偏析的异常组织扩展或沿着带状组织相界扩展，当氢原子结合成氢分子，产生较大压力，于是形成平行于轧制面，沿轧制方向的裂纹。

硫化物应力腐蚀(Stress Corrosion Cracking-SCC)是在H₂S和CO₂等腐蚀介质、土壤和地下水中各种酸离子的作用下，腐蚀生成的氢原子经钢材表面进入钢材内部，并逐步富集于应力集中区域，使钢材脆化并沿垂直于拉伸力方向扩展而开裂。

具有高抗HIC和SCC能力的管线钢成分设计思想为低碳、低硫、低磷、适宜锰含量、微合金化、高纯净度。同时结合热控轧控冷（TMCP）工艺，降低宏观偏析和带状组织，获得稳定的双相组织，保证管线钢具有优良的力学性能和抗酸腐蚀性能。

碳是钢中传统的强化元素，也是最经济的元素强化元素。然而碳对钢的韧性、塑性、焊接性等有不利影响。并且随着碳含量的增加，HIC敏感性增加。当碳含量低于0.11%时管线钢可具有良好的焊接性。当碳含量超过0.05%时，将导致锰和磷的偏析加剧，当碳含量小于0.04%时，能有效防止HIC的产生。近代管线钢的发展过程是不断降低碳含量的过程，一般要求小于0.10%，对需要高韧性或抗酸（抗HIC和SCC）管线钢则采用碳小于0.06%的超低碳含量设计。钢水深脱碳主要是利用真空精炼处理，靠钢水中的氧进行脱碳，通过降低[C]+[O]={CO}反应的CO气体分压，促进脱碳反应进行，生产低碳或超低碳钢。钢水真空脱碳最主要的设备为RH真空循环精炼和VD真空搅拌精炼。RH精炼具有反应速度快、效率高的特点。RH还可以进行吹氧强制脱碳，使钢水碳含量降低至0.0010%以下。

硫是危害管线钢质量的主要元素之一，它严重恶化管线钢的抗酸（抗HIC和SCC）性能。研究表明：随着钢水中硫含量增加，裂纹敏感性显著增加；只有当钢中硫<0.0012%时，HIC明显降低。另外，硫还导致管线钢各向异性，在横向和厚度方向上韧性恶化。管线钢对硫含量的要求很苛刻，对于X60及以上级别抗酸管线钢，要满足制管后得到优良地抗酸（抗HIC和SCC）性能，钢中C<0.04%，同时钢中S<0.0010%。目前超深脱硫技术主要应用了系统控制的思想，从控制原辅材料中的硫含量着手，从铁水预处理脱硫开始加强各个工序的脱硫，整体控制，分步实施，取得了很好的脱硫效果。铁水预脱硫是一种较经济、有效的脱硫方法，在工业生产中得到广泛的采用。转炉的脱硫能力相当有限。特别在铁水原始硫含量很低的情况下，由于入炉的造渣料、废钢及耐火材料等炉料带入的硫，往往出现转炉过程回硫现象。因此、在转炉出钢后必须对钢水进行炉外脱硫。利用LF炉电极加热、钢包底吹氩、造高碱度渣进行深脱硫，成品硫含量可降低至0.0005%。