[发明专利]一种管线钢夹杂物控制用熔渣

说明书

技术领域

本发明涉及一种管线钢夹杂物控制用熔渣。

背景技术

管线钢是一种低碳超低硫钢。由于管线钢的使用环境复杂，不同环境使用的管线钢，对管线钢的要求也不相同，包括管线钢的力学性能、抗HIC性能、抗SCC性能等，所以对于不同级别、不同使用环境的管线钢，对钢的洁净度以及夹杂物的控制要求也不同。管线钢中的非金属夹杂物在轧制过程中发生变形，沿轧制方向形成线状或长条状，从而导致钢的性能的各向异性，同时钢中非金属夹杂物也是导致管线钢氢致裂纹的主要原因之一。由于氢致裂纹（HIC）是目前管线钢失效和发生事故的主要原因，因此必须严格控制管线钢中的非金属夹杂物并在钢水精炼过程中对硫化物和氧化物进行变性处理，将MnS和Al₂O₃类夹杂物变为球形的CaS和Al₂O₃-CaO-CaS，以提高管线钢低温冲击韧性和抗HIC性能、减少钢板的各向异性。

低碳超低硫钢的冶炼一般采用铁水预处理-转炉吹炼-钢包炉（LF）精炼+RH真空精炼工艺。经过脱硅、脱硫等预处理的铁水加入转炉中吹炼，达到合适的温度和碳含量后，钢水从转炉出钢进入钢包。转炉出钢过程中，会有大量的氧化性转炉渣进入钢包。在后续的LF和RH真空精炼过程中，这些氧化性的钢包渣会对钢水造成污染，形成夹杂物，影响钢水质量。其反应如反应式（1）所示：

y(FeO)+x[M]=M_xO_y+yFe            （1）

反应式（1）中的M代表钢水中的金属相，包括Al、Mn、Ti、V等，主要是金属Al。M_xO_y则是被钢包渣氧化形成的非金属夹杂物。钢包渣的氧化性越高（即熔渣中的FeO含量越高），对钢水的污染越严重，形成的夹杂物越多。因此，在转炉出钢过程严格控制转炉氧化性熔渣进入钢包是提高钢水质量的有效途径。但转炉出钢过程不可避免地会有部分氧化性熔渣进入钢包，这些氧化渣会给后面的精炼处理带来不利影响，比如会使钢水氧化从而造成夹杂物数量增加、渣的氧化性强而影响脱硫反应的进行、合金的氧化使其收得率降低等。因此，在出钢后向钢包渣中加入渣还原剂对进入钢包的氧化性熔渣进行还原处理，可以降低渣的氧化性，对钢水中夹杂物控制、脱硫和提高产品质量等均有益。同时，还需要合适的熔渣组成，以控制钢的洁净度和夹杂物组成，确保钢的性能。

熔渣的碱度（即熔渣中的CaO与SiO₂的重量百分比，通常以CaO/SiO₂表示）对钢水中夹杂物的吸附以及钢水的脱氧、脱硫等均产生影响，熔渣碱度高，则渣中CaO含量高而SiO₂含量低，对钢水脱氧、脱硫有利，其主要反应如反应式（2）和反应式（3）所示：

3（CaO）+3[S]+2[Al]=3（CaS）+Al₂O₃       （2）

4[Al]+3（SiO₂）=3[Si]+2（Al₂O₃）         （3）

因此，在转炉出钢后，钢水在LF处理时必须对钢包渣进行还原，降低熔渣的氧化性，并提高熔渣的碱度以及控制合适的熔渣组成，以利于钢水的脱硫、脱氧和夹杂物去除，控制管线钢中的夹杂物合理组成和尺寸分布，提高钢水质量，改善管线钢的性能，满足其使用要求。同时，还要确保熔渣具有良好的流动性，使钢水和熔渣之间的反应具有良好的动力学条件。

目前管线钢的精炼熔渣组成波动较大，其碱度在3~5之间，有时候略高一点，渣中Al₂O₃组成基本在35%以上，SiO₂的含量有时高达15%，这样的熔渣组成对钢中硫含量、总氧（T[O]）含量以及夹杂物的控制不利。

现有技术中大多数涉及轴承钢、帘线钢等高碳系列钢种以及有关钢包渣脱氧等工艺，少数采用碱度为1.0左右的低碱度熔渣控制技术，但主要是针对帘线钢精炼过程进行控制，不属于低碳超低硫管线钢的熔渣组成控制。