专利名称：核电用管坯钢的生产方法
技术领域：
本发明涉及一种管坯钢的生产方法，特别涉及核电用WB36CN1管坯钢的生产方法。
技术背景目前，我国电力工业正处于高速发展时期，按照国家能源可持续发展的要求，原子能发 电因其高效、经济、清洁的优点将是今后能源发展的重点方向之一，核电站建设呈增长趋势 。而我国核电站用的核电材料基本依靠进口，因此核电材料的国产化要求日益迫切，如果我 国的核电材料不能实现国产化，核电站建设将永远受制于发达国家，将会严重制约我国核电 工业的发展。尽快开发出适合核电站建设要求的国产钢材，已成为我国核电工业发展的重要 战略步骤。WB36 (15NiCuMoNb5-6-4)是一种加入微量合金元素Nb的Ni-Cu-Mo的低碳合金钢，加入 的合金元素不仅起到钢的固溶强化作用，而且能与碳化合成稳定的碳化物起到沉淀和强化作 用，特别是加入0.5 0.8。/。含量的Cu和大于1.5倍Cu的Ni后，不仅起到强化作用，而且防止了 Cu对钢的热裂敏感性，合金元素的加入使该材料的室温和中温强度远高于碳钢和碳锰钢。该 材料已作为锅炉水冷系统如锅筒、集箱及管道的首选钢种，在欧洲锅炉及压力容器制造业市 场中占有相当比例。WB36钢在世界核电领域已有使用业绩，曾在德国1300丽核电站作为主蒸汽和主给水管道 使用。中国核电领域材料一直依靠进口。岭澳二期常规岛高压管道首次使用国产WB36CN1钢 管，国内武汉重工铸锻有限责任公司生产核电管WB36CN1钢的生产工艺为电炉一LF精炼一VD 真空一模铸钢锭工艺生产核电管WB36CN1管坯。选用的原材料为优质废钢、锻件料头、生铁 ，其比例5: 3: 2，但是原材料废钢中的有害元素如As、 Sn、 Pb、 Sb含量较高，在冶炼过程 中难于去除。浇模铸钢锭钢水容易被中柱管和汤道砖的耐火材料污染，形成大型非金属夹杂 ，而且钢锭的冷却是靠空气自然冷却，钢液的凝固是从钢锭外部向内部逐渐进行，根据钢液 选分结晶原理，低熔点的夹杂物最后凝固，从而使钢中的非金属夹杂物大量聚集在钢锭的中 上部，大大降低了钢质的纯净度。综上所述，核电材料对钢质纯净度和性能稳定性要求很高，目前国内材料达不到这样的 标准因此不能广泛应用于核电领域。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种核电用WB36CN1管坯钢的生产方法，包括下列步骤a、 转炉冶炼生产初炼钢水转炉入炉原料为铁水和优质废钢，优质废钢为铁水重量0 20%，冶炼时氧枪供氧流量为 14600 16500 Nm3/h，氧气压力为O. 70 1. 2MPa;出钢过程加入复合脱氧剂CaBaAlSi 3. 0 3. 5Kg/t预脱氧；出钢温度1620 1680。C。b、 LF精炼炉精炼初炼钢水到精炼炉后，钢包底吹氩气，用专用精炼渣造发泡白渣，专用精炼渣成分CaO :60 68%， A1203: 15 20%， CaF2: 10 15%， Si02: 0 5. 0%， MgO: 0 3. 0%， S: 0 0.10%，出钢温度1580 1600。C。c、 弧形圆坯连铸精炼的钢水送到圆坯连铸机浇铸，连铸规格4)200mm 4)350mm;连铸二次冷却水的分布 为一段占16 42%， 二段占45 69%，三段占0 23%，比7K量0. 32 0. 63L/Kg，防止铸坯产生 内部裂纹；钢水过热度控制在10 3(TC，恒拉速浇铸得到圆连铸坯；不同规格圆坯连铸机拉 速优选为小200mm: 1. 5 2. Om/min，小280mm: 0. 7 1. 2m/min，小310mm: 0. 6 0. 9m/min， 小350mm: 0. 40 0. 70m/min。d、 连铸坯表面喷砂铸坯表面喷砂去除其表面的氧化铁。e、 电渣重熔钢锭喷过砂的连铸坯作自耗电极坯料进行电渣重熔，电渣重熔的钢锭锭型为小350mm 小 600mm，电渣重熔使用的二元渣含八1203 30%、 CaF2 70%;重熔电流9200 16000A、电压67 84V。f、 重熔钢锭缓冷电渣重熔钢锭带模冷却40 90min，钢锭脱模后吊入砂坑缓慢冷却68 100小时。进一步的，步骤a转炉入炉原料铁水化学成分为C: 3. 90 4. 5%、 Si: 0 0. 35%、 P: 0 0.09%、 S: 0 0.04%、 Fe为余量；优质废钢化学成分C: 0.10 0.45%、 Si: 0. 10 0. 50%、 P: 0. 005 0. 030%、 S: 0. 005 0. 030%、 Fe为余量。转炉终点钢7K化学成分为C: 0. 05 0.10%， P: 0 0. 006%， S: 0 0. 030%、 Fe为余量。步骤a转炉吹炼过程中采用本领域常用脱磷工艺即可；优选为终点一次命中保碳脱磷、 高拉补吹保碳脱磷或高保碳深脱磷工艺。步骤a转炉出钢过程采用挡渣出钢，控制下渣量0 50mm，防止精炼回磷。步骤b精炼过程加入硅铁、锰铁、铬铁、镍板、钼铁、铌铁和铜板等进行合金化，根据 生产所需的最终产品各微量元素含量调整钢水化学成分；精炼结束后喂CaSi线O. 40 0. 60Kg/t钢，保证5 8分钟的静吹氩气时间。
步骤c连铸钢包、中间包和结晶器全程加保护套管，钢包与保护套管连接处采用氩气保 护；中间包设置挡渣墙并使用MgCa质中间包涂料。
采用上述方法制得的核电用WB36CN1管坯钢钢质纯净度高，管坯钢的化学成分(重量百 分比)为0. 08%《C《0. 19%， 0. 21%《Si《0. 54%， 0. 75%《Mn《l. 25%， 0<P《0. 020%， 0< S《0.006%， 0. 14%《Cr《0. 35%， 0. 95%《Ni《l. 35%， 0. 45%《Cu《0. 85%， 0. 20%《Mo《 0.45%， 0. 010%《Nb《0. 030%， 0<N《0. 021%， 0<A1《0.055%， Fe为余量。
由于核电用管坯钢对钢质纯净度要求严格，因此精炼炉需控制好钢水脱氧、脱硫、合金 化和造渣过程初炼钢水快速强化脱氧，采用专用精炼渣快速造白渣，白渣保持时间大于 20分钟，快速造白渣确保合金元素不被氧化和精炼白渣对钢水夹杂物的吸附，提高钢水纯净 度；吹氩过程避免钢液大翻，有效脱出钢中气体和夹杂物；精炼结束后喂CaSi线0.40 0.60Kg/t钢，对夹杂物进行变形处理，改善钢水流动性；精炼结束后，保证5 8分钟的静吹 氩气时间，使钢中化学成分和温度均匀，夹杂物得到进一步去除。
弧形圆坯连铸需合理控制铸机二次冷却水分布及二次冷却水比水量，保证二次冷却均匀 ;连铸钢包到中间包、中间包到结晶器采用全程加保护套管保护浇铸，同时钢包与保护套管 连接处采用氩气保护，防止钢水二次氧化，保证钢质纯净度；中间包设置挡渣墙，以促进夹 杂物的上浮去除；使用MgCa质中间包涂料，减轻中间包耐火材料浸蚀带来的钢液夹杂物含量 增加。
本发明的有益效果是
1、 转炉冶炼与电炉冶炼相比残余元素含量低，残余元素As、 Sn、 Pb、 Sb元素含量总和 《400ppm，钢质纯净度高，减轻了残余元素带来的危害，提高核电用钢的性能。
2、 合理控制铸机二次冷却水分布及二次冷却水比水量，保证二次冷却的均匀，防止铸 坯产生内部裂纹和表面裂纹。
3、 连铸过程钢包到中间包、中间包到结晶器采用全程加保护套管保护浇铸，钢包与保 护套管连接处采用氩气保护，防止钢水二次氧化，采用MgCa中间包涂料减轻中间包耐火材料 浸蚀带来的钢液夹杂物含量增加，保证钢水的纯净度。
4、 中间包设置的挡渣墙，使夹杂物易上浮去除。
5、 电渣重熔时钢水液滴穿过渣层进入熔池的渣洗过程，进一步去除钢水中的夹杂物，提高钢质纯净度；利用电渣重熔边熔化边凝固的特点，改变管坯钢的凝固组织，提高管坯钢 的致密度，使钢管性能稳定。
具体实施例方式
本发明的生产工艺流程为转炉一LF精炼炉一圆坯连铸机一冷床一检验一喷砂一电渣重 熔钢锭一钢锭缓冷。
以下结合实施例对本发明作进一步的阐述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方 式来限制本发明。 实施例l
一、 转炉冶炼初炼钢水
转炉入炉铁水78吨、优质废钢9吨，铁水主要化学成分C: 3.90%、 Si: 0.35%、 P: 0.077%、 S: 0.045%、 Fe为余量，优质废钢主要化学成分C: 0.20%、 Si: 0.25%、 P: 0.020% 、S: 0.018%、 Fe为余量。转炉冶炼过程中采用低氧压大流量氧枪供氧，氧气压力O. 75MPa、 氧气流量15000NmVh、供氧强度3. 3 Nm3/t.min。
转炉采用一次命中吹炼方法(为本领域公知技术，或参见中国专利200610020327.0) ;转炉出钢采用挡渣出钢，控制下渣厚度40mm。同时，在出钢过程加入复合脱氧剂CaBaAlSi 3. 5Kg/t钢进行预脱氧。吹炼终点钢水成分C: 0.06%， P: 0.004%， S: 0.024%，终点温度 1645。C。
二、 LF精炼炉精炼
转炉冶炼的初炼钢水在LF精炼炉进行精炼，使用的精炼渣成分为CaO: 65.6%， A1203 : 18.2%， CaF2 : 13.1%， Si02: 1.92%， MgO: 1.13%， S: 0.05%。精炼时间24分钟；精炼过程 加入低碳铬铁240Kg、镍板890 Kg、钼铁400Kg、铌铁20Kg、铜板480Kg进行合金化，调整合 金元素成分；精炼结束后喂CaSi线0.48Kg/t钢，对钢水中夹杂物进行变性处理；精炼炉出钢 温度1585。C;精炼结束后停电静吹氩气5分钟，吹完氩气出钢，吊到连铸工序进行圆坯浇铸
三、 弧形圆坯连铸
连铸浇铸规格小350mm，连铸机二次冷却水的分布为一段占31.88 %， 二段占68. 12 %， 比水量0.35L/Kg;连铸钢包到中间包、中间包到结晶器采用全程加保护套管保护浇铸，同时 钢包与保护套管连接处采用氩气保护；中间包设置挡渣墙；中间包涂料为Mg-Ca质，钢水过 热度25。C，拉速O. 52 m/min。
铸坯切割后，在翻转冷床上冷却，铸坯冷却后送到喷砂站。四、 喷砂
连铸坯表面进行喷砂处理，去掉铸坯表面氧化铁皮，喷砂后的铸坯送电渣炉进行电渣重熔。
五、 电渣重熔钢锭
采用小350mm的连铸坯作自耗电极重熔4)600mm、 5. 5吨的圆钢锭，重熔电流16000A、电 压84V;使用二元渣，渣料用量为Al203 46. 5Kg、 CaF2 108. 5Kg。
六、 钢锭缓冷
电渣重熔钢锭带模冷却90min，钢锭脱模后吊入砂坑缓慢冷却85小时即得产品。 制得的WB36CN1管坯钢成品含C: 0.16%， Si: 0.39%， Mn: 1.07%， P: 0.011%， S: 0.003%， Cr: 0.25%， Ni: 1.05%， Cu: 0.60%， Mo: 0.31%， Nb: 0.021%， N: 0.009%， Al: 0.022%， Fe为余量。钢质纯净度高，组织致密，表面质量好，性能稳定，满足核电管材料的 质量要求。 实施例2
一、 转炉冶炼生产初炼钢水
转炉入炉铁水重量80吨、优质废钢7吨，铁水成分C: 4.2%、 Si: 0.45%、 P: 0.082%、 S :0.032%、 Fe为余量，优质废钢成分C: 0.18%、 Si: 0.20%、 P: 0.015%、 S: 0.021%， Fe为
余量。转炉冶炼过程中采用低氧压大流量氧枪供氧，氧气压力0.80MPa、氧气流量 16200Nm3/h、供氧强度3. 5 Nm3/t.min。
转炉采用高拉补吹保碳脱磷吹炼方法(为本领域公知技术，或参见中国专利 200610020327.0);转炉出钢采用挡渣出钢，控制下渣厚度48mm。同时在出钢过程加入复合 脱氧剂CaBaAlSi 3. 2Kg/t钢进行预脱氧。吹炼终点成分C: 0.07%， P: 0.005%， S: 0.021%，终点温度1630。C。
二、 LF精炼炉精炼
转炉冶炼的初炼钢水在LF精炼炉进行精炼，精炼使用专用精炼渣，成分为CaO: 66.8%， A1203: 15.9%， CaF2: 11.4%， Si02: 3.13%， MgO: 2.74%， S: 0.03%，白渣精炼时间28分钟 ;精炼过程加入高碳铬铁40Kg、低碳铬铁260Kg、镍板900 Kg、钼铁396Kg、铜板475Kg进行 合金化，调整合金元素成分；精炼结束后喂CaSi线O. 55Kg/t钢，对钢水中夹杂物进行变性处 理；精炼炉出钢温度159(TC;精炼结束后停电静吹氩气5分钟，吹完氩气出钢，吊到连铸工 序进行圆坯浇铸。
三、 弧形圆坯连铸连铸浇铸规格小280mm，连铸机二次冷却水的分布为一段占16.7%， 二段占60. 80%，三 段占22. 5%比水量0. 55L/Kg;连铸钢包到中间包、中间包到结晶器采用全程加保护套管保护 浇铸，同时钢包与保护套管连接处采用氩气保护；钢水过热度28"C，拉速O. 75m/min，中间 包设置挡渣墙，中间包涂料为Mg-Ca质。
铸坯切割后，在翻转冷床上冷却，铸坯冷却后送到喷砂站。
四、 喷砂
连铸坯表面进行喷砂处理，去掉铸坯表面氧化铁皮，喷砂后的铸坯送电渣炉进行电渣重熔。
五、 电渣重熔钢锭
采用小280mm的连铸坯作自耗电极重熔4)500mm、 3. 2吨的圆钢锭，重熔电流13500A、电 压80V;使用二元渣，渣料用量A1203 30Kg、 CaF2 70Kg。
六、 钢锭缓冷
电渣重熔钢锭带模冷却70min，钢锭脱模后吊入砂坑缓慢冷却75小时即得产品。 制得的WB36CN1管坯钢成品C: 0.13%， Si: 0.27%， Mn: 0.99%， P: 0.009%， S: 0.002% ,Cr: 0.19%, Ni: 1.28%, Cu: 0.64%, Mo: 0.29%, Nb: 0.018%, N: 0.011%, Al: 0.032%， Fe为余量。钢质纯净度高，组织致密，表面质量好，性能稳定，满足核电管材料的 质量要求。 实施例3
一、 转炉冶炼生产初炼钢水
转炉入炉铁水77吨、优质废钢8吨，铁水成分C: 4.3%、 Si: 0.38%、 P: 0.078%、 S: 0.038%、 Fe为余量，优质废钢成分C: 0.24%、 Si: 0.31%、 P: 0.012%、 S: 0.008%、 Fe为余 量。转炉冶炼过程中采用低压大流量氧枪供氧，氧气压力0.90MPa、氧气流量16500Nm3/h、 供氧强度3.4 Nm3/t.min。
转炉采用高保碳深脱磷吹炼方法(为本领域公知技术，或参见中国专利 200610020327.0);转炉出钢采用挡渣出钢，控制下渣厚度35mm。同时在出钢过程加入复合 脱氧剂CaBaAlSi 3. OKg/t钢进行预脱氧。吹炼终点成分C: 0.08%， P: 0.006%， S: 0.018%， 终点温度166(TC。
二、 LF精炼炉精炼
转炉冶炼的初炼钢水在LF精炼炉进行精炼，精炼使用专用精炼渣，成分为CaO: 64.2%， A1203: 18.0%， CaF2: 13.7%， Si02: 4.23%， MgO: 2.79%， S: 0.08%。白渣精炼时间20分钟;精炼过程加入低碳铬铁238 Kg、镍板950Kg、钼铁350Kg、铜板450Kg进行合金化，调整合 金成分；精炼结束后喂CaSi线0.6Kg/t钢，对钢水中夹杂物进行变性处理；精炼炉出钢温度 159(TC;精炼结束后停电静吹氩气5分钟，吹完氩气出钢，吊到连铸工序进行圆坯浇铸。
三、 弧形圆坯连铸
连铸浇铸规格小200mm，铸机二次冷却水的分布为一段占42.2 %， 二段占45. 1%，三段 占12. 7%比水量0. 63L/Kg;连铸钢包到中间包、中间包到结晶器采用全程加保护套管保护浇 铸，同时钢包与保护套管连接处采用氩气保护；钢水过热度22"C，拉速1.70m/min，中间包 设置挡渣墙，中间包涂料为Mg-Ca质。
铸坯切割后，在翻转冷床上冷却，铸坯冷却后送到喷砂站。
四、 喷砂
连铸坯表面进行喷砂处理，去掉铸坯表面氧化铁皮，喷砂后的铸坯送电渣炉进行电渣重熔。
五、 电渣重熔钢锭
采用小200mm的连铸坯作自耗电极重熔4)350mm、 1.87吨的圆钢锭，重熔电流9800A、电 压69V;使用二元渣，渣料用量A1203 12Kg、 CaF2 28Kg。
六、 钢锭缓冷
电渣重熔钢锭带模冷却40min，钢锭脱模后吊入砂坑缓慢冷却72小时即得产品。 制得的WB36CN1管坯钢成品C: 0.15%， Si: 0.30%， Mn: 0.92%， P: 0.014%， S: 0.004%， Cr: 0.20%， Ni: 1.08%， Cu: 0.56%， Mo: 0.25%， Nb: 0.023%， N: 0.008%， Al: 0.016%， Fe为余量。钢质纯净度高，组织致密，表面质量好，性能稳定，满足核电管材料的 质量要求。
权利要求
1.核电用管坯钢的生产方法，其特征在于所述管坯钢为WB36CN1管坯钢，生产方法包括以下步骤a、转炉冶炼生产初炼钢水转炉入炉原料为铁水和优质废钢，优质废钢为铁水重量0～20％，冶炼时氧枪供氧流量为14600～16500Nm3/h，氧气压力为0.70～1.2MPa；出钢过程加复合脱氧剂CaBaAlSi 3.0～3.5Kg/t；出钢温度1620～1680℃；b、LF精炼炉精炼初炼钢水到精炼炉后，钢包底吹氩气，用专用精炼渣造发泡白渣，专用精炼渣成分CaO60～68％，Al2O315～20％，CaF210～15％，SiO20～5.0％，MgO0～3.0％，S0～0.10％，精炼结束后喂CaSi线0.40～0.60Kg/t钢，静吹氩气5～8分钟，出钢温度1580～1600℃；c、弧形圆坯连铸精炼的钢水送到圆坯连铸机浇铸，连铸规格φ200mm～φ350mm；连铸二次冷却水的分布为一段占16～42％，二段占45～69％，三段占0～23％，比水量0.32～0.63L/Kg，钢水过热度控制在10～30℃，恒拉速浇铸得到圆连铸坯；不同规格圆坯连铸机拉速为φ200mm1.5～2.0m/min，φ280mm0.7～1.2m/min，φ310mm0.6～0.9m/min，φ350mm0.40～0.70m/min；d、连铸坯表面喷砂铸坯表面喷砂去除其表面的氧化铁；e、电渣重熔钢锭喷过砂的连铸坯作自耗电极坯料进行电渣重熔，电渣重熔的钢锭锭型为φ350mm～φ600mm，使用的二元渣以重量百分比计含Al2O3 30％、CaF2 70％；重熔电流9200～16000A、电压67～84V；f、钢锭缓冷电渣重熔钢锭带模冷却40～90min，脱模后吊入砂坑缓慢冷却68～100小时。
2.根据权利要求l所述的核电用管坯钢的生产方法，其特征在于步 骤a转炉入炉原料铁7K化学成分C: 3.90 4.5%、 Si: 0 0. 35%、 P: 0 0. 09%、 S: 0 0. 04% 、Fe为余量；优质废钢化学成分C: 0.10 0.45%、 Si: 0. 10 0. 50%、 P: 0. 005 0. 030%、 S :0. 005 0. 030%， Fe为余量。
3.根据权利要求l所述的核电用管坯钢的生产方法，其特征在于步 骤a转炉出钢过程采用挡渣出钢，控制下渣量0 50mm。
4.根据权利要求l所述的核电用管坯钢的生产方法，其特征在于步 骤c连铸钢包、中间包和结晶器加保护套管，钢包与保护套管连接处用氩气保护；中间包设 置挡渣墙并使用MgCa质中间包涂料。
全文摘要
本发明提供了一种核电用WB36CN1管坯钢的生产方法，具体为转炉冶炼、LF精炼炉精炼、圆坯连铸机浇铸、铸坯表面检查、铸坯表面喷砂、电渣重熔钢锭、钢锭缓冷，制得的管坯钢的化学成分按重量百分比计0.08％≤C≤0.19％，0.21％≤Si≤0.54％，0.75％≤Mn≤1.25％，0＜P≤0.020％，0＜S≤0.006％，0.14％≤Cr≤0.35％，0.95％≤Ni≤1.35％，0.45％≤Cu≤0.85％，0.20％≤Mo≤0.45％，0.010％≤Nb≤0.030％，0＜N≤0.021％，0＜Al≤0.055％，Fe为余量，管坯钢成品纯净度高、性能稳定。
文档编号C22C38/02GK101333579SQ20081030350
公开日2008年12月31日 申请日期2008年8月6日 优先权日2008年8月6日
发明者刘志军, 彭可雕, 胡茂会, 郭元蓉 申请人:攀钢集团成都钢铁有限责任公司