袁續(xù)陽，祖 峰，王豐產(chǎn)，宋智宇

（天津天管特殊鋼有限公司，天津 300301）

HP13Cr不銹鋼工藝實踐

袁續(xù)陽，祖 峰，王豐產(chǎn)，宋智宇

（天津天管特殊鋼有限公司，天津 300301）

天津天管特殊鋼有限公司采用電爐出鋼鋼水與感應爐熔煉合金鋼水相兌，通過LF、VOD、模鑄工藝生產(chǎn)HP13Cr超低碳不銹鋼，分析和檢驗結果表明，吹氧后碳含量可達0.017%。VOD還原后，Mn、Cr、Si元素的平均收得率分別可達89.4%、98.4%、84.6%，鋼錠鍛造后的管坯冶金質(zhì)量均滿足技術標準要求。

不銹鋼；管坯；電弧爐；感應爐；LF+VOD；模鑄

1 引言

我國不銹鋼的生產(chǎn)與應用正處在前所未有的高速發(fā)展期，世界范圍內(nèi)，不銹鋼的生產(chǎn)與應用也進入了競爭更加激烈的新階段[1]。面對國內(nèi)外這一形勢，天津天管特殊鋼有限公司于2006年進行了不銹鋼冶煉設備改造，通過對實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，經(jīng)驗總結，不斷改進生產(chǎn)工藝，目前生產(chǎn)的不銹鋼產(chǎn)品質(zhì)量合格，深得客戶的信賴。

HP13Cr是超級馬氏體鋼不銹鋼，含碳量低，加入一定量的Mo相當于提高了Cr的含量，再加上Ni的配合，可有效地提高HP13Cr耐蝕性能，特別是在含二氧化碳和硫化氫介質(zhì)環(huán)境中的耐蝕性能有很大的提高。因此，HP13Cr不銹鋼在石油和天然氣開采中，作為高鋼級抗二氧化碳和硫化氫腐蝕的石油套管坯料，得到了廣泛的應用。其化學成分見表1。

2 工藝路徑及主要設備參數(shù)

HP13Cr不銹鋼管坯生產(chǎn)工藝路徑為：電爐鋼水+感應爐預熔合金→LF（扒渣）→VOD→模鑄主要設備技術參數(shù)見表2。

表1 HP13Cr的化學分/%

3 生產(chǎn)過程控制

3.1 電爐冶煉工藝

電爐冶煉采用“全管頭（含鉻、鉬）+鐵水”配料方案，降低入爐料的P、S含量及五害元素含量，生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明：與“普通廢鋼+鐵水”配料方案入爐料相比，可降低鋼水60%初始S含量，降低到0.030%，同時回收廢鋼中鉻、鉬，其入爐料總裝入量控制在 80～85 t，出鋼量可控制在 58～60t。由于相對裝入量較小，鋼液面較正常冶煉時低，因此冶煉過程中需要注意及時造渣、換渣操作，保證出鋼鋼水P≤0.007%[2-3]。通過偏心爐底出鋼，防止下渣，出鋼時終點碳控制在0.04%～0.06%，可有效防止鋼水過氧化，降低鋼水中氧含量[2]，減少回磷。出鋼過程中按脫氧效果先弱后強的順序加脫氧劑、合金，這樣可以使生成的低熔點脫氧產(chǎn)物，在鋼液中碰撞易于聚集生成大顆粒夾雜，再通過氬氣攪拌而浮出鋼液表面，最后加入渣料，通過鋼渣混沖進行脫硫。

表2 主要設備技術參數(shù)

3.2 感應爐冶煉工藝

感應爐主要用來熔化合金及部分返回廢鋼。要求使用低P（P≤0.030%）、S含量的合金，確?；旌虾蟮匿撍甈含量不超規(guī)格上限，鋼水S含量相對也較低，為LF處理提供有利條件。裝料順序和供電曲線如下：先裝入低熔點的鎳板（熔點為1 425～1 455℃）、高鉻（熔點：1 520～1 550℃）。起始送電采用先小功率，約3000W，10min后送電功率提高到5000～6000W，待鎳板、高鉻全部熔化后，且合金熔液溫度在1 550℃以上時，再分批加入HP13Cr返回廢鋼，總量控制到10～15 t。最后升功率到7000W以上，通過料倉分批加入低鉻（熔點：1 600～1 640℃）。爐內(nèi)料位升起后，加入覆蓋劑，防止渣面結殼。感應爐出鋼溫度控制在1 620～1 640℃，待電爐出鋼鋼水就位到感應爐出鋼位，鋼包接通氬氣后，翻爐出鋼。出鋼時，調(diào)整好氬氣流量，保證鋼水攪拌均勻。

3.3 LF精煉工藝

為進一步降低鋼水中S含量，在LF爐中加高堿度頂渣（主要成分CaO）進行精煉處理，充分吹氬，氬氣流量控制在100～120NL/min，精煉處理過程中采用螢石調(diào)渣，保證頂渣堿度及流動性。使用鋁粉及復合脫氧劑進行渣面脫氧，確保脫S效果[4]。LF進行粗調(diào)合金成分，目標值控制如表3所示。

表3 LF處理后成分控制目標/%

其他元素V、Nb，在VD處理前調(diào)整；剩余部分Ni板作為VOD后冷卻鋼水合金使用。

LF處理結束前，加入螢石調(diào)渣，保證渣子流動性良好，控制吊包扒渣溫度1 630～1 645℃，扒渣后要求鋼水“鏡面”裸露80%以上。

3.4 VOD處理工藝

扒渣結束后，開始進行VOD處理，VOD處理開始的溫度為1 580～1 600℃，以保證吹氧后鋼水溫度在1 720℃左右（不會過高或過低）。鋼包就位后，調(diào)整好氬氣，流量控制在30～50NL/min，以氬氣攪拌剛剛裸露出鋼液面為宜（此為扒渣后裸露面）VOD處理鋼水量控制在88～93 t，鋼包自由空間控制在1000～1 200mm。VOD吹氧總量以LF后成分為準進行計算，具體見表4。

表4 VOD吹氧總量計算/Nm·3t-1

VOD吹氧過程按表5進行控制，要求脫碳速度平緩進行，這樣鋼水噴濺相對較小。

MTA（多功能氣體分析儀）是一個廢氣測量的新系統(tǒng)，通過廢氣量的檢測達到過程監(jiān)控的目的通過畫面中CO、CO2含量等曲線變化，見圖1，可以對吹氧過程、真空碳脫氧過程進行精確控制，減少Cr、Mn的氧化損失。

根據(jù)MTA曲線判斷停止氧氣噴吹：

（1）與金屬反應氧大于70%。

表5 VOD吹氧過程主要控制參數(shù)

圖1 MT A曲線

（2）脫碳速度明顯降低，小于1.5 kgC/min。

（3）脫碳量明顯降低，小于0.025 kg。

（4）吹氧總量到計算值。

另外，緩吹過程首先是Si的氧化，計算出Si的總耗氧量，并根據(jù)MTA顯示，吹氧初期，與金屬反應的氧明顯降低，CO含量稍微降低，可以提高氧氣噴吹量，轉(zhuǎn)為主吹。當CO含量曲線與CO2含量曲線相交后，CO含量曲線明顯降低時，可以降低氧氣噴吹量，轉(zhuǎn)為緩吹。

停氧后，降低系統(tǒng)真空度（＜1 kPa），進行VCD處理，一般只有超低碳不銹鋼進行VCD處理，VCD處理時間大于10min。VCD處理結束后，根據(jù)取樣結果，進行還原及造渣操作。采用一定比例硅鐵及鋁塊對鋼水進行還原。加入一定量的石灰、白云石石灰、螢石調(diào)渣，加入時根據(jù)鋼渣實際情況按比例進行調(diào)整。

還原后進行VD處理，要求高真空（＜67 Pa）保持時間大于10min，保證脫氧及脫硫效果。處理結束后按照成品目標值進行V、Nb、Si、Mn的成分微調(diào)，采用鋁粉進行渣面脫氧，保證白渣操作，提高金屬收得率。進行吹氮氣增氮工藝，吹氮時間大于15 min，流量大于500NL/min。溫度合適后，根據(jù)目標成分喂入鋁絲，調(diào)整最終鋁含量大于0.015%，間隔一定時間后喂入硅鈣絲，弱攪拌15 min以上，確保夾雜物變性充分上浮。弱攪拌結束后，進行模鑄，溫度控制在大于1 560℃。

3.5 模鑄工藝操作

3.5.1 模鑄錠模的準備

清理干凈模鑄錠模，對模鑄錠模、底盤進行烘烤，保證模鑄時錠模的溫度不低于80℃，底盤的溫度不低于100℃。

3.5.2 模鑄澆注

澆注過程中采用氬氣保護澆注，防止鋼水二次氧化。澆注時保證錠模充滿，脫模要求模表面溫度小于200℃。

3.5.3 模鑄保護材料

使用專門模鑄保護材料，模鑄保溫劑：混合型新型發(fā)熱劑。模注保護渣：MB1。

3.5.4 紅送鋼錠

鋼錠在澆注結束2.0h左右進行脫帽口操作紅送鋼錠進行鍛造加工，確保紅送時錠模表面溫度大于600℃。

4 生產(chǎn)效果

4.1 成分情況

根據(jù)20爐冶煉數(shù)據(jù)統(tǒng)計，吹氧后碳平均控制在0.017%；VOD處理前后，主要合金元素平均收得率見表6。

表6 合金元素平均收得率

經(jīng)檢驗，特鋼公司生產(chǎn)的HP13Cr超低碳不銹鋼，成分全部合格，滿足設計要求。

4.2 夾雜物情況

鋼管非金屬夾雜物控制情況較好，A粗0級，A細0.5級，B類0級，C類0級，D粗0級，D細0.5級，未出現(xiàn)夾雜物超標，完全滿足用戶協(xié)議要求。抽取5爐中的10個樣品的夾雜物評級情況見表7。

表7 HP13Cr夾雜物評級情況

4.3 低倍組織情況

通過對鍛坯酸侵低倍檢驗表明，鍛坯內(nèi)部質(zhì)量良好，沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)部質(zhì)量問題，達到了預期的效果：皮下裂紋0級，中部裂紋0級，芯部裂紋0級，潔凈度0級，縮孔0級，皮下氣泡0級，中心疏松1級，中部氣泡0級。低倍的具體情況見圖2。

經(jīng)檢驗評定，冶煉HP13Cr超級馬氏體不銹鋼低倍組織及夾雜物評級[8]均滿足技術條件的要求。

通過設計合理的工藝過程和化學成分，采用關鍵生產(chǎn)技術和相關措施，有效地解決了生產(chǎn)HP13Cr超低碳不銹鋼的技術難題，使鋼的實物質(zhì)量滿足了高鋼級抗二氧化碳和硫化氫的石油套管坯料的使用要求。

圖2 HP13Cr鋼種鍛坯低倍檢驗情況

5 結論

依據(jù)天津天管特殊鋼有限公司現(xiàn)有的設備條件，通過設計合理的工藝流程和化學成分，天津天管特殊鋼有限公司生產(chǎn)的HP13Cr超級馬氏體不銹鋼，經(jīng)過低倍檢驗，夾雜物評級，性能檢驗等分析，實物質(zhì)量完全滿足用戶協(xié)議要求。

[1] 陸世英.不銹鋼概論[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.

[2] 邱紹岐，祝桂華.電爐煉鋼原理及工藝[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

[3] 趙沛.爐外精煉及鐵水預處理實用技術手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2004.

[4] 崔中圻，劉北興.金屬學與熱處理[M].北京：機械工業(yè)出版社1989.

Practice of HP13Cr Stainless Steel Production Process

YUAN Xu-yang,ZU Feng,WANG Feng-chan and SONG Zhi-yu

(Tianjin Tianguan Special Steel Company Limited,Tianjin 300301,China)

HP13Cr ultra low carbon stainless steel is produced by EAF molten steel charged with IF molten alloy steel through LF-VOD-Mould Casting process at Tianjin Tianguan Special Steel Company Limited.Analysis and test results show that carbon content after oxygen blowing can reach0.017%and average yields of Mn,Cr and Si after VOD reduction,89.4%,98.4%and 84.6%respectively.The metallurgical quality of billet produced by ingot forging meets all requirements of technical standard.

stainless steel;pipe billet;EAF;IF;LF+VOD;mould casting

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.02.017

2013-09-15

2013-10-12

袁續(xù)陽（1984—），男，工程師，主要從事煉鋼工藝方面的研究工作。