一种高强度传输管线法兰用钢及其生产方法与流程

1.本发明属于钢铁材料生产技术领域，具体涉及一种高强度传输管线法兰用钢及其生产方法。


背景技术：

2.高强度传输管线法兰主要在海洋、沙漠等较为恶劣的环境中使用，用于连接传输石油、天然气等液体/气体的高压管道，被传输的石油、天然气等液体/气体通常含有硫化氢(h2s)等有毒、易腐蚀气体，要求传输管线法兰具有较高的强度和良好的机械性能，并有较高的抗氢致裂纹(hic)和抗硫应力腐蚀裂纹(ssc)的能力。


技术实现要素：

3.本发明目的在于提供一种高强度传输管线法兰用钢及其生产方法，提供的传输管线法兰用钢性能良好，具有良好的抗氢致裂纹(hic)和抗硫应力腐蚀裂纹(ssc)能力。
4.为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
5.一种高强度传输管线法兰用钢，其化学成分组成及其质量百分含量为：c0.08％-0.13％，si 0.22％-0.30％，mn 1.20％-1.35％，p≤0.010％，s≤0.002％，cr0.20％-0.30％，mo 0.15％-0.20％，v 0.03％-0.06％，nb 0.02％-0.05％，al0.020％-0.040％，n 0.0090％-0.0130％，al/n 2-3，ca/s≥1。
6.本发明所述高强度传输管线法兰用钢，其化学成分组成中o≤10ppm，h≤1.2ppm。
7.本发明所述高强度传输管线法兰用钢的生产方法，包括bof转炉-lf精炼-vd真空处理-cc连铸工序。
8.本发明所述bof转炉工序，前一炉冶炼结束后转炉炉内留钢渣，底吹氮气进行溅渣护炉，溅渣时间3～5min。转炉铁水废钢加入量为：铁水量85～95％，废钢量5～15％，使用优质废钢。冶炼前将转炉炉口、炉帽附近的转炉渣清理干净，如吹炼过程发生喷溅，对炉帽残留的转炉渣进行二次清理，保证炉帽清理干净无残渣才能出钢。转炉吹炼3～5分钟后倒出前期渣，加入渣料进行二次造渣冶炼，出钢过程严格禁止下渣。出钢过程中依次加入钢芯铝2.5-3.5kg/t钢，加入锰铁、铬铁、钼铁等合金，加入白灰0.9-1.0kg/t钢、精炼渣0.6-0.7kg/t钢，炉内少量留钢、严禁下渣。
9.本发明所述lf精炼工序，优先调整mn、cr、mo、v成分，保证钢水成分均匀。lf精炼时间≥45min，白渣保持时间≥20min。lf过程使用铝粒和硅铁粉进行扩散脱氧，提高炉渣的还原性，降低炉气中的氧分压，减少lf过程二次氧化。
10.lf后期钢水温度较高时，对钢包进行底吹氮气增n；当钢水温度≥1600℃时，完成mn、cr、mo、v成分调整，通过钢包底部狭缝式透气砖向钢水进行底吹氮气，氮气压力控制0.2-0.4mpa。此时lf精炼渣已变成白渣，钢水[o]含量≤10ppm，[s]含量≤0.003％，持续进行扩散脱氧，近一步进行脱氧脱硫，同时向钢水增氮。底吹氮气时间≥25min，可保证lf结束后钢水n含量150-200ppm。
[0011]
精炼渣系控制范围：cao≥60％，sio2≤5.3％，al2o
3 27-29％，碱度r≥11.5，tfe+mno≤0.4％，mgo≤5.0％，可保证良好的脱氧脱硫效果，以及良好的吸附夹杂物效果，控制较高的钢水纯净度。
[0012]
本发明所述vd真空处理工序，高真空保持时间应控制在5-7min；vd真空处理后按al含量0.020-0.040％喂入铝线；软吹时间≥15min，氮气流量≤10l/min。
[0013]
研究表明，真空度对脱h影响较大，脱气时间对脱n影响较大。因此在vd炉真空处理过程中，在达到高真空度保持的情况下，应缩短真空处理时间，达到去氢保氮的冶金效果，生产高强度传输管线法兰vd高真空保持时间应控制在5-7min。可以保证良好的去氢保氮效果，同时可保证成品n含量90-130ppm，vd真空处理后按al含量0.020-0.040％喂入铝线，可保证成品al/n＝2-3。喂入铝线后，调整氮气流量进入软吹阶段，软吹时间≥15min，氮气流量≤10l/min，促进夹杂物上浮，同时避免软吹过程液面波动过大导致的二次氧化。
[0014]
本发明所述cc连铸工序，连铸过程进行全程氩封保护浇注，尽可能的减少浇注过程中的二次氧化。保证钢包自开不烧氧，控制钢水纯净度。拉速恒定0.43-0.45m/min，结晶器水流量3100-3300l/min
·
流，比水量0.13-0.15l/kg，结晶器电磁搅拌强度150-200a，末端电磁搅拌强度100-150a。使用低碳钢专用保护渣：cao 22.5-23.8％，sio
2 20.9-23.6％，mgo 5.6-6.9％，al2o
3 14.7-17.6％，na2o 8.7-10％，f-3.3-5％，c 15-15.8％，熔点1200-1225℃，黏度0.71-0.85pa.s/1300℃，连铸坯下线缓冷，出缓冷坑后应加强铸坯表面检查及清理。
[0015]
本发明技术方案的原理如下：
[0016]
高强度传输管线法兰通常要求具有较低的p含量、s含量和较高的ca/s，合适的n含量和一定的al/n。p是易偏析元素，当p含量较高时，将增加偏析带的硬度，降低材料抗氢致裂纹(hic)的能力。p还会显著降低钢的低温冲击韧性，提高钢的脆性转变温度，使法兰发生冷脆。通常要求高强度传输管线法兰p≤0.010％。s是影响抗氢致裂纹(hic)和抗硫应力腐蚀裂纹(ssc)的主要元素，当材料中s含量≤0.002％时，hic明显降低，甚至可以忽略；降低硫含量还可以显著提高冲击韧性。当钢中s含量为0.002％-0.005％时，随着ca/s比的增加，钢的hic敏感性降低；但当ca/s比到达一定值时，形成cas夹杂物，hic将会显著增加。因此，当s含量较高时，ca/s比应控制在一个极其狭窄的范围内，否则钢的抗hic能力将明显减弱。当s含量≤0.002％时，即使形成cas夹杂，由于其含量相对较低，ca/s比可控制在一个更广的范围内，甚至不考虑ca/s比。通常要求高强度传输管线法兰s含量≤0.002％的同时ca/s≥1。
[0017]
在高强度传输管线法兰中，n元素可以起到一定的有利作用，可作为固溶强化元素，扩大并稳定形成奥氏体组织，提高钢材力学性能和耐腐蚀性能，并促进奥氏体区v(c，n)的析出，为亚微米析出相提供非均匀形核中心。通常要求高强度传输管线法兰n含量90-130ppm。合适的al/n可以起到细化晶粒，防止混晶的作用，对于高强度传输管线法兰而言，控制al/n＝2-3范围内，材料性能及晶粒度均匀情况较为理想。
[0018]
经推导计算，影响钢水[n]的关系式如下：
[0019][0020]
即钢水[n]含量与吹氮压力和钢水温度成正比，与元素对氮相互作用系数成反比。经研究摸索，钢水温度越高，底吹氮气压力越大，mn、cr、mo、v等元素含量较高，同时氧含量、
硫含量较低时，采用lf底吹氮气进行增氮，可有效避免lf过程使用氮化锰铁收得率低，vd真空处理后大量喂线生成al2o3，可改善连铸过程钢水流动性及钢水纯净度。
[0021]
本发明技术方案具有以下有益技术效果：
[0022]
本发明在采用“bof转炉-lf精炼-vd真空处理-cc连铸”的工艺流程，生产优质高强度传输管线法兰用钢，通过优化精炼渣系，可保证较低的钢水p、s含量，通过优化lf底吹工艺、vd真空处理工艺，可提高钢水纯净度，保证连铸过程钢水流动性，高强度传输管线法兰用钢抗氢致裂纹(hic)、抗硫应力腐蚀裂纹(ssc)等性能提高。
具体实施方式
[0023]
下面将通过具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。
[0024]
实施例1-8
[0025]
各实施例钢板成分见表1.
[0026]
表1各实施例高强度传输管线法兰用钢化学成分(％)
[0027] csimnpscrmovnbcaalnal/nca/s实施例10.090.261.250.0070.00150.250.160.050.020.00180.0200.00902.01.2实施例20.10.261.290.0070.00130.220.190.030.020.00150.0300.01052.91.2实施例30.090.251.280.0090.00110.250.180.030.020.00120.0220.00972.31.1实施例40.110.301.200.0070.0020.200.150.030.020.0020.0350.0132.71.0实施例50.090.251.290.0060.00150.260.160.050.030.00170.0250.01152.21.1实施例60.090.221.220.0080.00160.250.200.030.050.00160.0280.01212.31.0实施例70.080.261.350.0070.00170.300.190.060.020.00190.0400.01303.01.1实施例80.130.251.290.0080.00130.250.180.030.020.00170.0290.01052.81.3
[0028]
各实施例高强度传输管线法兰用钢氧氮氢含量见表2。
[0029]
表2各实施例高强度传输管线法兰用钢氧氮氢含量(ppm)
[0030] onh实施例18.1981.0实施例28.01051.0实施例37.9970.9实施例48.21301.1实施例57.51151.0实施例67.91211.1实施例77.21130.8实施例87.81051.1
[0031]
各实施例传输管线法兰用钢的生产方法，包括bof转炉-lf精炼-vd真空处理-cc连铸工序。
[0032]
bof转炉工序：前一炉冶炼结束后转炉炉内留钢渣，底吹氮气进行溅渣护炉，溅渣时间3～5min。转炉铁水废钢加入量为：铁水量85～95％，废钢量5～15％，使用优质废钢。冶炼前将转炉炉口、炉帽附近的转炉渣清理干净，如吹炼过程发生喷溅，对炉帽残留的转炉渣进行二次清理，保证炉帽清理干净无残渣再出钢。转炉吹炼3～5分钟后倒出前期渣，加入渣料进行二次造渣冶炼，出钢过程严格禁止下渣。出钢过程中依次加入钢芯铝2.5-3.5kg/t
钢，加入锰铁、铬铁、钼铁等合金，加入白灰0.9-1.0kg/t钢、精炼渣0.6-0.7kg/t钢，炉内少量留钢、严禁下渣。各实施例bof转炉工序参数见表3；
[0033]
表3各实施例bof转炉工序参数
[0034][0035]
lf精炼工序：优先调整mn、cr、mo、v成分，保证钢水成分均匀。lf精炼时间≥45min，白渣保持时间≥20min。lf过程使用铝粒和硅铁粉进行扩散。lf后期钢水温度较高时，对钢包进行底吹氮气增n，当钢水温度≥1600℃，完成mn、cr、mo、v成分调整，钢水成分基本均匀时，通过钢包底部狭缝式透气砖向钢水进行底吹氮气，氮气压力控制0.2-0.4mpa，底吹氮气时间≥25min。各实施例lf精炼工序参数见表4；所用精炼渣系成份见表5。
[0036]
表4各实施例lf精炼工序参数
[0037][0038][0039]
表5各实施例所用精炼渣系的成份(％)
[0040] tfecaosio2mgoal2o3mnotio2p2o5sr
实施例10.3362.75.24.127.10.070.130.020.3512.1实施例20.2660.55.24.329.00.070.210.010.4511.6实施例30.2362.15.34.327.60.050.120.010.2911.7实施例40.2762.55.34.027.50.050.100.010.2711.8实施例50.3260.85.04.329.00.060.130.010.3812.2实施例60.2760.85.15.028.30.050.120.020.3411.9实施例70.2561.55.04.328.50.050.120.010.2712.3实施例80.2361.65.34.328.10.050.110.010.3011.6
[0041]
vd真空处理工序：高真空保持时间控制在5-7min；vd真空处理后按al含量0.020-0.040％喂入铝线；软吹时间≥15min，氮气流量≤10l/min。各实施例vd真空处理工序参数见表6。
[0042]
表6vd真空处理工序参数
[0043][0044][0045]
cc连铸工序：连铸过程进行全程氩封保护浇注，尽可能的减少浇注过程中的二次氧化。保证钢包自开不烧氧，控制钢水纯净度。拉速恒定0.43-0.45m/min，结晶器水流量3100-3300l/min
·
流，比水量0.13-0.15l/kg，结晶器电磁搅拌强度150-200a，末端电磁搅拌强度100-150a。使用低碳钢专用保护渣：cao
[0046]
22.5-23.8％，sio
2 20.9-23.6％，mgo 5.6-6.9％，al2o
3 14.7-17.6％，na2o 8.7-10％，f-3.3-5％，c 15-15.8％，熔点1200-1225℃，黏度0.71-0.85pa.s/1300℃，连铸坯下线缓冷，出缓冷坑后加强铸坯表面检查及清理。各实施例cc连铸工序参数见表7，连铸保护渣成分见表8。
[0047]
表7cc连铸工序参数
[0048][0049]
表8各实施例连铸保护渣成分
[0050][0051][0052]
各实施例提供的高强度传输管线法兰用钢连铸坯低倍级别检测结果见表9，高倍级别检测情况见表10。
[0053]
表9各实施例连铸坯低倍级别检测结果
[0054]
实施例中心疏松(级)其它缺陷实施例11.0无实施例21.0无实施例31.0无实施例41.0无实施例51.0无
实施例61.0无实施例71.0无实施例81.0无
[0055]
从表9可知，本发明提供的高强度传输管线法兰用钢连铸坯低倍仅存在1.0级中心疏松，无其它低倍缺陷。
[0056]
表10各实施例轧材高倍级别检测结果
[0057][0058][0059]
从表10可知，本发明提供技术方案制备的强度传输管线法兰用钢轧材高倍夹杂物检测级别较低，可实现良好的钢水纯净度。

技术特征：
1.一种高强度传输管线法兰用钢，其特征在于，其化学成分组成及其质量百分含量为：c 0.08%-0.13%，si 0.22%-0.30%，mn 1.20%-1.35%，p≤0.010%，s≤0.002%，cr 0.20%-0.30%，mo 0.15%-0.20%，v 0.03%-0.06%，nb 0.02%-0.05%，al 0.020%-0.040%，n 0.0090%-0.0130%，al/n 2-3，ca/s≥1。2.根据权利要求1所述的一种高强度传输管线法兰用钢，其特征在于，其化学成分组成中o≤10ppm，h≤1.2ppm。3. 一种基于权利要求1所述的高强度传输管线法兰用钢的生产方法，其特征在于，包括bof转炉-lf精炼-vd真空处理-cc连铸工序；所述lf精炼工序，精炼渣系控制范围：cao≥60%，sio2≤5.3%，al2o
3 27-29%，碱度r≥11.5，tfe+mno≤0.4%，mgo≤5.0%。4.根据权利要求3所述的一种高强度传输管线法兰用钢的生产方法，其特征在于，所述bof转炉工序，前一炉冶炼结束后转炉炉内留钢渣，底吹氮气进行溅渣护炉，溅渣时间3～5min；转炉铁水废钢加入量为：铁水量85～95%，废钢量5～15%；冶炼前将转炉炉口、炉帽附近的转炉渣清理干净，如吹炼过程发生喷溅，对炉帽残留的转炉渣进行二次清理，保证炉帽清理干净无残渣才能出钢；转炉吹炼3～5分钟后倒出前期渣，加入渣料进行二次造渣冶炼，出钢过程严格禁止下渣。5.根据权利要求3所述的一种高强度传输管线法兰用钢的生产方法，其特征在于，所述bof转炉工序，出钢过程中依次加入钢芯铝2.5-3.5kg/t钢，白灰0.9-1.0kg/t钢、精炼渣0.6-0.7kg/t钢。6.根据权利要求3所述的一种高强度传输管线法兰用钢的生产方法，其特征在于，所述lf精炼工序，lf精炼时间≥45min，白渣保持时间≥20min。7.根据权利要求3所述的一种高强度传输管线法兰用钢的生产方法，其特征在于，所述lf精炼工序，当钢水温度≥1600℃时，完成mn、cr、mo、v成分调整，并进行底吹氮气，氮气压力控制0.2-0.4mpa，底吹氮气时间≥25min。8.根据权利要求3所述的一种高强度传输管线法兰用钢的生产方法，其特征在于，所述vd真空处理工序，高真空保持时间控制在5-7min；vd真空处理后按al含量0.020-0.040%喂入铝线；软吹时间≥15min，氮气流量≤10l/min。9.根据权利要求3所述的一种高强度传输管线法兰用钢的生产方法，其特征在于，所述cc连铸工序，拉速恒定0.43-0.45m/min，结晶器水流量3100-3300l/min
·
流，比水量0.13-0.15l/kg，结晶器电磁搅拌强度150-200a，末端电磁搅拌强度100-150a。10. 根据权利要求3所述的一种高强度传输管线法兰用钢的生产方法，其特征在于，所述cc连铸工序，使用低碳钢专用保护渣：cao 22.5-23.8%，sio
2 20.9-23.6%，mgo 5.6-6.9%，al2o
3 14.7-17.6%，na2o 8.7-10%，f
‑ꢀ
3.3-5%，c 15-15.8%，熔点1200-1225℃，黏度 0.71-0.85 pa.s/1300℃。

技术总结
本发明涉及一种高强度传输管线法兰用钢及其生产，所述法兰用钢的化学成分组成及其质量百分含量为：C 0.08%-0.13%，Si 0.22%-0.30%，Mn 1.20%-1.35%，P≤0.010%，S≤0.002%，Cr 0.20%-0.30%，Mo 0.15%-0.20%，V 0.03%-0.06%，Nb 0.02%-0.05%，Al 0.020%-0.040%，N 0.0090%-0.0130%，Al/N 2-3，Ca/S≥1；其生产方法包括BOF转炉-LF精炼-VD真空处理-CC连铸工序。本发明提供的传输管线法兰用钢具有良好的抗氢致裂纹（HIC）和抗硫应力腐蚀裂纹（SSC）能力。力。


技术研发人员：郭旭东 刘瑞宁 魏巍
受保护的技术使用者：石钢京诚装备技术有限公司
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/10/5