[发明专利]抗S钢油井管的纯净钢冶炼方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁的先进冶炼技术，具体是一种抗S钢油井管的纯净钢冶炼方法。

背景技术

通常由钢中有害元素含量包括P、S、N、H、O(对于超低碳钢C也作为有害元素)、以及非金属夹杂物的数量、形态和大小来评价钢的纯净度。这些元素的含量高时会降低钢的多种性能，如抗拉强度、韧性、成型性、可焊性、抗裂纹和抗腐蚀性、疲劳性能等。同时，还会降低钢材的表面质量。

随着各行各业的飞速发展，对钢材的性能也提出了更高的要求。如：轿车面板要求C、N、T.O都小于0.0020％，而饮料罐不仅要求T.O小于0.0020％，同时要求夹杂物直径必须小于20μm。对于在复杂环境下工作的油井管，其受到应力和腐蚀性气体如H₂S的共同作用，易引发硫化物应力腐蚀开裂，尤其对于125KSI以上高钢级的油井管，很难通过硫化物应力腐蚀开裂标准试验，大多在几小时、几十小时就提前断裂。改善硫化物应力腐蚀开裂的途径主要有合金钢设计技术、纯净钢冶炼技术、夹杂物控制技术以及热处理技术等方面。采用杂质含量极少的纯净钢来制备抗硫油井管是解决高钢级油井管抗硫腐蚀能力的必经途径。因此，提高油井管用钢的纯净度已成为油井管行业的主要研究方向之一。

1970年，在匈牙利召开的洁净钢国际会议上，冶金专家就提出了冶炼纯净钢的工艺。钢的纯净度治炼技术发展在90年代出现了质的飞跃，德国蒂森深冲钢碳、磷、硫、氧、氮、氢六大元素总含量90年代已降至0.01％；韩国浦项深冲钢磷、硫、氧、氮、氢五大元素总含量最佳水平也达0.008％。国际一流水平的钢厂都在设法提高钢的纯净度。因此，炼钢专家认为超纯净钢冶炼技术是90年代炼钢技术创新的核心之一。目前，纯净钢已广泛用于汽车、家电、食品工业及海洋结构、耐酸管线等对钢材性能要求严格领域。自上世纪80年代以来，由于国防、交通、石油和汽车等行业的发展和技术的进步，对钢材性能的要求日益苛刻。如：轿车面板要求C、N、T.O都小于0.0020％，而饮料罐不仅要求T.O小于0.0020％，同时要求夹杂物直径必须小于20μm。

为能适应高强度、长寿命、耐腐蚀、在恶劣环境下工作的需要，对石油套管、深冲薄板、高质量管线钢和焊条钢等钢种的高纯度、高均匀度、细晶粒度的要求越来越高。因此，提高钢的纯净度已成为钢铁行业的主要研究方向。随着连铸技术和炉外处理技术的推广和发展，钢材纯净度显著提高。钢的纯净度不断提高明显改善钢的加工和使用性能，由此形成了一批称为纯净钢或洁净钢的钢种。

目前，纯净钢已广泛用于汽车、家电、食品工业及至海洋结构、耐酸管线等对钢材性能要求严格领域。现有纯净钢的生产主要集中在两方面：(1)尽量减少钢中杂质元素的含量；(2)严格控制钢中的夹杂物，包括夹杂物的数量、尺寸、分布、形状、类型。减少钢中溶质元素的含量主要在各种铁水预处理以及二次精炼设备中营造最佳去除的热力学和动力学条件来实现，钢中夹杂物的控制主要是减少其生成、对其进行改性、促其上浮。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗S钢油井管的纯净钢冶炼方法。通过采用新的铁水预处理方法、原料配比技术、LF炉精炼、炉外精炼脱碳、脱硫方法以及夹杂物控制技术、控轧控冷技术等，控制钢中的夹杂数量、粒径、分布等，实现管坯工业化生产抗S油井管等钢种。

按照本发明提供的技术方案，所述抗硫钢油井管的纯净钢的化学成分为，C0.20～0.35％，Si≤1.00％，Mn≤0.60％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr≤1.50％，Mo0.15～1.0％，Als0.01～0.06％，Ti≤0.09％，Nb≤0.05％，N≤0.0030％，O≤0.0030％，H≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质；单位为重量百分比。

冶炼所述抗硫钢油井管纯净钢的方法包括如下步骤：

(1)配料

选取产自巴西的铁矿砂进行直接还原冶炼，获得海绵铁；然后将经过脱S、脱P及脱Si预处理后的生铁或热铁水、海绵铁和废钢作为原料；原料配比为所述生铁或热铁水40～60％、海绵铁30～50％、废钢10～20％；要求生铁和海绵铁的含硫量分别为S≤0.070％和S≤0.050％；单位为重量百分数；

所述巴西铁矿砂化学成分<干基为准>：Fe不低于50％、SiO₂不高于5％、Al₂O₃不高于5％、P不高于0.15％、S不高于0.15％、水分不高于16％、尺寸0-18毫米最少占90％；