适用于中厚板类钢种的合理炉外精炼工艺探讨-中国金属学会.PDFVIP

适用于中厚板类钢种的合理炉外精炼工艺探讨 王新华 (北京科技大学) 摘要：优质中厚板钢种对硫、磷、氢和钢中非金属夹杂物控制要求非常严格，常规精炼工艺方法由于很难在保 证非氧化气氛条件下，对钢水进行强烈搅拌，精炼时间因而较长，对连铸多炉连浇影响很大。本文提出，中厚 板钢种炉外精炼可采用“铁水脱硫预－转炉炼钢－LF 精炼－VD 大流量搅拌－喂线软吹”工艺流程，该工艺中 LF 精炼的主要任务是造渣、升温和初步脱硫，在 VD 真空精炼阶段，通过采用大流量吹氩搅拌，实现高效率深 度脱硫，并同时完成脱氢处理。该工艺流程具有设备较简单、脱硫效率高，精炼时间短等优点，可以更好地实 现精炼－连铸生产匹配。 1 前言 近年来中厚板钢材需求旺盛，许多钢铁企业投资建设高水平中厚板生产线。优质中厚板广泛用 于造船、桥梁、油气管线、钢结构建筑、工程机械、海洋设施等，对强度、延性、低温韧性、焊接、 抗 HIC 、抗层状撕裂等性能等有很高要求。与大多数冷轧或热轧薄板产品相比，中厚板钢种对硫、 磷、氢等杂质含量的控制更严格，炉外精炼工艺的特点因此有较大不同。本文通过对优质中厚板钢 种成分控制特点、炉外精炼高效深度脱硫所需反应条件以及国外采用钢包炉、V-KIP 真空喷粉、VTD 真空大流量搅拌等精炼工艺特点的分析比较等，对适用于中厚板钢类的合理炉外精炼工艺进行研究 探讨。 2 优质中厚板类钢类洁净度控制要求 2.1 硫含量控制 绝大多数中厚板钢种对硫含量控 制有非常严格的要求，这主要是因为： （1） 硫在钢中偏析倾向严重， 主要偏聚于晶界，导致晶界脆化，对 钢材的延性和低温冲击韧性危害很大 （图1）。 （2 ） 热轧后钢中 MnS 夹杂物 变形为细条状（图 2 ），严重影响钢板 非轧制方向（厚度或宽度）性能（图 1）。 此外，沿细条状 MnS 常会有微裂纹发 生，是造成厚板超声波探伤不合的原 因之一（图2 ）。 图 1 硫对钢材塑性和低温冲击韧性的影响[1] （3 ） 石油钻管、油气输送管线 钢中应力腐蚀裂纹（SCC ）和氢致裂 纹（HIC ）常起源于MnS 夹杂。 （4 ） 硫对钢材的焊接、抗腐蚀 等性能有很大不良影响。 优质中厚板硫含量控制绝大多数 要求低于 0.005 ％，其中对硫含量要求 最苛刻为低温容器、管线钢板、海洋 平台用厚板等钢种，如用于LNG气体 储罐的钢板[S]要求低于 0.001%[2]，抗 图2 、厚板中观察到的MnS 夹杂物 HIC 性 能 管 线 钢 板 [S] 要 求 低 于 0.0005%[3]，UOE厚壁油气管线钢板[S]要求低于 0.001%[4]，海洋设施用厚板[S]要求低于 0.002%[3]， [5] 抗层状撕裂性能厚板[S]要求低于 0.0010 ％ 。 1 2.2 磷含量控制 磷对钢的延性、低温韧性等有不 良影响。近年来由于铁水磷含量降低 和炼钢技术进步，钢的磷含量有较大 降低。目前要求低磷、超低磷含量的 钢种并不多，但一些中厚板钢类对磷 含量控制有严格要求，主要表现为： （1）对低温、超低温条件下使用 的钢材，如工作温度低于-180 ℃的 LNG 储罐用厚板、严寒地带用管线钢 板等，要求低磷、超低磷控制。 （2 ）管线钢中HIC 裂纹主要沿P 、 Mn 偏析带扩展，因此抗 HIC 管线钢 要求低磷和超低磷含量控制（ [P]: 0.005%～0.01% ）。 图3 磷含量对LNG储罐用厚板性能的影响[6] （3 ）对于机械制造、高压容器等 用的Ni 、Mo 、Cr等合结钢，磷含量较高时，在调质处理过程 500℃～300℃采用缓冷时，会产生较严 重的回火脆化（图 3 ），此类合结钢要求低磷或超低磷含量控制。如用于LNG储罐的 9Ni钢钢板，磷 [2,5] 含量要求低于 0.003 ％ 。