隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，對(duì)石油､天然氣輸送用管線鋼的質(zhì)量要求越來(lái)越高，應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境､潮濕､酸性環(huán)境中的抗氫致裂紋(HIC)管線鋼的需求量日趨增大?？笻IC和抗硫應(yīng)力致裂紋(SSC)鋼要求具有良好的韌性､抗疲勞性能､抗斷裂性能和耐腐蝕性等。
要獲得良好的抗HIC性能，一是要求硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于20ppm，二是要求精確控制鋼中各類夾雜物的形態(tài)，通常要求鋼中w(Ca)/w(S)在2~5，w(Ca)/w(Al)>0.14，w(Ca)/w(TO)控制在0.7~1.2。而這些參數(shù)的控制有時(shí)候與生產(chǎn)實(shí)踐要求顯得有些相互矛盾，只有在硫含量極低的情況下，才有可能滿足以上所有條件并保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。因此，選擇合理的冶煉工藝和控制手段，才能確保冶煉出高潔凈度､高品質(zhì)､高性能的抗HIC管線鋼。
2009年初，技術(shù)中心將中低牌號(hào)管線鋼做精做強(qiáng)正式提上研發(fā)日程。并著手進(jìn)行抗HIC管線鋼試生產(chǎn)的前期技術(shù)準(zhǔn)備。2010年初，有用戶提出采購(gòu)抗HIC管線鋼的意向，唐鋼即進(jìn)行了抗HIC管線鋼的試生產(chǎn)，*初，主要遇到的問(wèn)題是轉(zhuǎn)爐鋼水回硫嚴(yán)重，Ca處理不當(dāng)和鋼水高Ca含量生產(chǎn)過(guò)程中的耐材侵蝕嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)技術(shù)人員的努力，問(wèn)題逐一解決，并獲得了生產(chǎn)的成功。目前，國(guó)內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)在高級(jí)別管線鋼的研究，對(duì)中低牌號(hào)管線鋼耐腐蝕的研究尚在研究和試生產(chǎn)階段。唐鋼抗HIC管線鋼的開(kāi)發(fā)成功，使唐鋼在耐腐蝕管線鋼開(kāi)發(fā)領(lǐng)域搶先一步。
1、硫?qū)︿摽笻IC性能的影響
硫是影響管線鋼抗HIC和SSC能力的主要元素。當(dāng)鋼中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.005%時(shí)，隨著鋼種硫含量增加，HIC的敏感性顯著增加。當(dāng)鋼中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.002%時(shí)，HIC敏感性明顯降低，甚至可以忽略此時(shí)的HIC。當(dāng)Ca處理不當(dāng)時(shí)，硫化物將在晶界處富集，嚴(yán)重影響鋼的強(qiáng)韌性和抗HIC性能。
2、超低硫管線鋼試制S控制實(shí)踐
2.1 低硫鋼生產(chǎn)工藝流程
唐鋼低硫管線鋼主要采用“鐵水預(yù)處理→頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉處理→弧形連鑄機(jī)"工藝流程進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)過(guò)程采用全流程硫含量控制技術(shù)，確保低硫管線鋼的順利生產(chǎn)。
2.2 冶煉過(guò)程硫含量的控制
2.2.1 鐵水預(yù)處理
唐鋼一鋼軋廠鐵水預(yù)處理采用單吹顆粒鎂脫硫工藝。關(guān)于金屬鎂脫硫的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理，在許多報(bào)道中都有詳細(xì)的闡述，其基本原理就是熔于鋼中的Mg與鋼液中的S發(fā)生[Mg]+[S]=MgS(s)反應(yīng)，形成的MgS固體進(jìn)入渣相，在扒渣的過(guò)程中去除。值得一提的是，在脫硫扒渣過(guò)程中經(jīng)常有扒渣不凈的現(xiàn)象發(fā)生，致使在預(yù)處理中脫除的硫在后續(xù)工序中產(chǎn)生回硫，極大地影響了預(yù)處理效果，并給低硫鋼的冶煉帶來(lái)不必要的麻煩。為此，唐鋼在超低硫管線鋼的冶煉過(guò)程中使用了聚渣劑，即在扒渣過(guò)程中，先扒掉*初的稀渣，然后加入聚渣劑，并用扒渣板攪拌2min后，再用扒渣板扒去稠渣。從而減少了回硫。鐵水噴鎂脫硫預(yù)處理數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
從表1中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，鐵水經(jīng)預(yù)處理后，硫達(dá)到了較低的水平。并且，由于采取了有效的措施，抑制了后續(xù)工序的回硫，并為后道工序的冶煉提供了有利條件。
2.2.2 轉(zhuǎn)爐冶煉
對(duì)于全流程硫含量控制來(lái)說(shuō)，每道工序都是控制硫含量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)爐的脫硫效果雖然不明顯，但控制轉(zhuǎn)爐工序增硫?qū)@個(gè)冶煉過(guò)程硫的控制至關(guān)重要。
轉(zhuǎn)爐工序的硫主要來(lái)源于廢鋼､石灰和各種輔料，其中石灰和廢鋼中帶入的硫占絕大部分。因此，采用低硫優(yōu)質(zhì)原料可以有效地減少轉(zhuǎn)爐工序增硫，在轉(zhuǎn)爐操作過(guò)程中，適當(dāng)增加渣量､嚴(yán)格控制冶煉過(guò)程中爐內(nèi)反應(yīng)條件､終點(diǎn)操作采取檔渣出鋼等防止鋼水氧化的措施，都能有效控制轉(zhuǎn)爐工序硫含量增加。唐鋼采取了自產(chǎn)坯頭廢鋼和氣燒石灰作為轉(zhuǎn)爐冶煉的原料，有效控制了轉(zhuǎn)爐工序硫含量的增加。并在轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中加入頂渣改質(zhì)劑，有效控制了鋼包頂渣中的氧化亞鐵和氧化錳含量。從表2至表3中硫含量的變化可以看出，頂渣改質(zhì)劑的加入也起到了一定的脫硫作用。
2.2.3 LF精煉
LF精煉是脫硫的主要手段之一，實(shí)現(xiàn)超低硫鋼的冶煉，唐鋼遵從了以下工藝條件：
1)實(shí)現(xiàn)高堿度操作，控制爐渣成分，選擇高硫容渣系;
2)強(qiáng)化對(duì)爐渣和鋼水的脫氧;
3)較高的冶煉溫度和良好的攪拌條件;
4)足夠的渣量，并適當(dāng)控制原料中的原始硫含量;
5)爐渣流動(dòng)性保持良好。
唐鋼在冶煉抗HIC管線鋼的過(guò)程中，采用低硫石灰､精煉渣和脫硫劑相配合的造渣方法，既保證了爐渣的堿度又保證了爐渣具有良好的流動(dòng)性。加熱､造渣同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)攪拌，使鋼渣間具有良好的反應(yīng)條件，獲得了良好的脫硫效果，精煉各階段的硫含量變化見(jiàn)表3。
從表3中可見(jiàn)，精煉達(dá)到了很好的脫硫效果，通過(guò)一系列的控制硫含量的措施，獲得了w(S)=0.002%左右的超低硫含量。
2.2.4 連鑄
連鑄過(guò)程是鋼材成分和潔凈度控制的*終環(huán)節(jié)。連鑄不存在太大增硫的環(huán)節(jié)，但應(yīng)注意控制鋼中夾雜物的產(chǎn)生，盡量使鋼中夾雜物上浮。因此需強(qiáng)化中間包冶金效果并防止卷渣，選擇優(yōu)質(zhì)的中包覆蓋劑，并加至足量，可以起到較好的中間包冶金效果，選擇高黏度的保護(hù)渣可以有效防止卷渣的發(fā)生。低硫管線鋼中包成分見(jiàn)表4。
通過(guò)全流程的控制硫含量的增加，獲得了較低硫含量的管線鋼。在所生產(chǎn)的管線鋼的寬度方向上，分別在邊部､鋼板1/4處､鋼板取試樣10個(gè)，在北京科技大學(xué)腐蝕與防護(hù)中心依據(jù)GB/T8650-2006進(jìn)行抗HIC實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，試樣經(jīng)5.0%NaCl+0.5%CH3COOH+飽和H2S(溶液A)，pH2.7浸泡96h后，測(cè)定其裂紋長(zhǎng)度率､裂紋厚度率和裂紋敏感率全部為零。表現(xiàn)出優(yōu)良的抗氫致裂紋能力。
3、結(jié)論
1)采用“鐵水預(yù)處理→頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉處理→弧形連鑄機(jī)"的全流程控制硫含量的措施，可以獲得較低硫含量的管線鋼。
2)通過(guò)采用鐵水預(yù)處理稠渣扒渣､進(jìn)行頂渣改質(zhì)等控制渣中組分的手段，可以有效防止鋼水回硫及有效降低鋼中氧化亞鐵和氧化錳含量，獲得較低硫含量的管線鋼。
3)對(duì)于低硫鋼的冶煉，鐵水預(yù)處理的主要任務(wù)是盡量扒凈渣子，防止回硫。轉(zhuǎn)爐的主要任務(wù)是盡量減少原料帶入的硫。LF是主要的脫硫手段。
意大利GNR公司是一家專業(yè)的光譜分析儀器研發(fā)、制造企業(yè)，成立于1942年，總部位于意大利米蘭。GNR公司的發(fā)展史就是一部濃縮的光譜儀發(fā)展史，當(dāng)代的GNR公司在直讀光譜儀、X射線熒光光譜儀、油料光譜儀等領(lǐng)域繼續(xù)開(kāi)創(chuàng)著新的技術(shù)。
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