专利名称：防止中碳锰钢铸坯表面纵裂的生产方法
技术领域：
本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及防止中碳锰钢铸坯表面纵裂的生产方法。
背景技术：
近年来，随着石油工业的发展，钻井深度越来越深，钻井工作状况日趋恶劣，对油井管 的质量要求越来越高，对其数量的需求也越来越大，其中尤以API 5CT中的J55级、K55级和 P110级等油井管产量大。J55级屈服强度要求379-552MPa，抗拉强度》517MPa，国内一般常 用两种牌号生产，其中一种的牌号为35Mn2， 35Mn2的碳含量为0. 34%-0.40%、锰含量为 1.25%-1.55%，另一种牌号为37Mn5， 37Mn5的碳含量为0. 33%-0. 41%、锰含量为l. 25%-1. 55% ;K55级屈服强度要求379-552MPa，抗拉强度》655MPa，国内常用牌号为37Mn2，化学成分为 0. 35%-0. 40%的碳，和l. 30-1. 55%的锰；Pl 10级屈服强度要求758-965MPa，抗拉强度S 862MPa，常用牌号为25MnV， 25MnV中的碳为O. 25%-0. 29%、锰为l. 55%-1. 75%、钒为 0. 07%-0. 12%。
上述油井管均为中碳锰钢的代表钢种，特点是除含碳和锰元素外，基本不含其它合金元 素。该类钢在生产过程中具有共同的难点，即均为裂纹敏感性钢种，在钢水浇成的连铸坯表 面容易出现表面纵裂缺陷，生产统计得出该类钢出现表面纵裂缺陷的几率为10%以上。另外 ，GB13447中的37Mn氧气瓶钢也为典型的中碳锰钢(碳含量为O. 35%-0. 40%，锰含量 1.55%-1.75%)，连铸坯也容易出现表面纵裂缺陷。
《包钢科技》杂志2008年8月(第36巻第4期第29-31页)报道了包钢炼钢厂生产37Mn5 ( 即API 5CT中J55级)中碳锰钢容易出现表面纵裂缺陷。为了减少连铸坯表面的纵裂纹，包钢 开展了许多研究工作，分析了裂纹产生的原因，最后得出37Mn5钢为裂纹敏感性钢种，热 应力和相变应力较大，连铸坯晶粒粗大，柱状晶发达，晶界结合力弱是连铸坯产生表面纵裂 的主要原因。通过选择合适粘度、较高结晶温度的保护渣，降低连铸坯拉速，加强铸坯的缓 冷保温措施，可降低裂纹的发生率。
上述研究发现了中碳锰钢连铸坯产生表面纵裂的主要原因，但给出的解决办法不能有效 避免表面裂纹的产生，仅可降低裂纹的发生率，且给出的技术解决方案不具体，可操作性差 。因此，中碳锰钢连铸坯的表面纵裂缺陷是目前本领域急需解决的技术问题。
发明内容
3本发明所解决的技术问题是提供一种防止中碳锰钢铸坯表面纵裂纹的生产方法。 该生产方法包括如下步骤
A、 按照常规方法转炉冶炼，冶炼后合金化，控制其碳含量为O. 25%-0. 40%、锰含量为 1. 25%-1. 75%;
B、 合金化后在钢液中加入铝进行终脱氧；
C、 钢液连铸，即得中碳锰钢；
其特征在于在步骤B终脱氧后加入钛铁合金，控制其钛含量为O. 005%-0. 0145%;加入 钛铁合金再进行钢液连铸。通过该陷率为0。改进实现了避免中碳锰钢连铸坯产生表面纵裂 纹缺陷的目的，经多批次生产，其纵裂缺为o。
具体地，步骤A转炉冶炼时采用的是常规处理工艺，即采用含碳量不小于3. 0%的铁水进 行冶炼，当碳含量为0.03%-0.20%时出钢；出钢时加入电石(CaC2)脱氧，并加入锰、碳元 素进行合金化。其中，出钢温度控制不低于167(TC。
具体地，步骤C钢液在10-40。C过热度的条件下连铸。
步骤A、 C是常规的冶炼和连铸工艺，其中的工艺参数是冶炼连铸该类钢所必备的工艺参 数，本发明方法中所指的碳含量、锰含量、钛含量均是以重量表示。
步骤B采用铝对钢液进行终脱氧是十分必要的，只有在钢液完全脱氧条件下，钢液中钛 和氮才能形成Ti (C、 N)质点，否则钛将和钢中氧形成大量的Ti02类夹杂。Ti (C、 N)质点 熔点高，颗粒细小，在钢还是液相的状态下，就有析出的可能。钢液中添加 0.005%-0.0145%的钛，可扩大连铸坯的等轴晶区，减少柱状晶区，细化连铸坯晶粒，达到避 免中碳锰钢连铸坯出现表面纵裂纹缺陷的目的；钢液中添加O. 005%-0. 0145。/。的钛所形成的Ti
(C、 N)质点，还固定了钢液中的氮，降低了对连铸坯高温塑性影响大的A1N的析出数量， 对避免中碳锰钢连铸坯表面出现纵裂纹，也是十分有利的。另外，由于Ti (C、 N)质点溶入 奥氏体温度高，还可阻止奥氏体晶粒长大，可使连铸坯在轧制后得到晶粒细小的成品材，提 高成品材的强度和韧性。在加钛铁合金前，首先应该取样分析钢液中的酸溶铝(Als)含量 ，如钢液中酸溶铝不小于0.02%，则直接加入钛铁合金；如钢液中酸溶铝小于0.02%，再用喂 线机喂入部分铝线，使之钢液的酸溶铝达到0.02%以上后，再加入钛铁合金。不小于0.02%的 酸溶铝，可保证大多数钛以Ti (C、 N)的形式存在于钢中，否者，钢中的钛元素会大多会 以Ti02夹杂的形式存在于钢中，污染钢液。
通过本发明方法实现了避免中碳锰钢连铸坯产生表面纵裂纹缺陷的目的，中碳锰钢连铸 坯的纵裂缺为0。
具体实施例方式
以下通过对本发明具体实施方式
的描述说明但不限制本发明。
实施例l 生产API 5CT中碳含量为0. 34%-0. 40%、锰含量为l. 25%-1. 55。/。的J55级石油套 管连铸坯
A、 在转炉内首先加入碳含量3.5%的铁水进行冶炼(即吹氧脱碳)，当钢液中碳降到 0.03%、温度为168(TC时，进行出钢，出钢量为120吨；
出钢过程中向钢包内加入300公斤电石脱去钢包渣中的氧，加入360公斤沥青焦(一种增 碳剂，含固定碳95%以上)使钢液中的碳含量增加到0.38%，加入硅锰合金1782公斤(硅含量 18%，锰含量64%)，锰铁合金589公斤(锰含量75%)使钢液锰含量控制到l. 30%;
B、 然后再向钢包中喂入60公斤铝线，喂完铝线后取样分析钢液中的酸溶铝含量为 0.021%，加入FeTi30A (—种含钛30%的钛铁合金)90kg (0. 75kg/t)，控制钢液钛含量为 0. 0145%;
C、 最后在1516。C (过热度23。C)温度条件下浇铸成360mmX450mm连铸坯。 经过检査该120吨J55级石油套管连铸坯无纵向裂纹。在该120吨铸坯中截取两块厚20mm
的试样，试样按GBT226标准酸腐后，用最小刻度为lmm的钢板尺，实际测量连铸坯的细小等 轴晶带、柱状晶带和等轴晶带的面积(在柱状晶与等轴晶处于交叉而又互相镶嵌的情况下， 按等轴晶面积计算)，然后用等轴晶面积除以测量全面积，得出等轴晶区面积比为36.71%。 实施例2 生产API 5CT中碳含量为0. 35%-0. 40%、锰含量为l. 30%-1. 55。/。的K55级石油套 管连铸坯
A、 在转炉内首先加入碳含量4.0%的铁水进行吹氧脱碳，当钢液中碳降到0.05%、温度为 167(TC时，进行出钢，出钢量为130吨；
出钢过程中向钢包内加入300公斤电石脱去钢包渣中的氧，加入390公斤沥青焦(一种增 碳剂，含固定碳95%以上)使钢液中的碳含量增加到0.40%，加入1931公斤硅锰合金(硅含量 18%，锰含量64%)，锰铁合金912公斤(锰含量75%)使钢液锰含量控制到l. 45%;
B、 然后再向钢包中喂入60公斤铝线，喂完铝线后取样分析钢液中的酸溶铝含量为 0.015%，再次喂入10公斤铝线，控制钢液中酸溶铝含量为0.023%， IO公斤铝线喂完后，加入 FeTi30A (—种含钛30%的钛铁合金)70kg (0. 54kg/t)，控制钢液钛含量为O. 012%;
C、 最后在1517。C (过热度24。C)温度条件下浇铸成360mmX450mm连铸坯。 经过检査该130吨J55级石油套管连铸坯无纵向裂纹。在该130吨铸坯中截取两块厚20mm
的试样，试样按GBT226标准酸腐后，用最小刻度为lmm的钢板尺，实际测量连铸坯的细小等
5轴晶带、柱状晶带和等轴晶带的面积(在柱状晶与等轴晶处于交叉而又互相镶嵌的情况下， 按等轴晶面积计算)，然后用等轴晶面积除以测量全面积，得出等轴晶区面积比为35.55%。
实施例3 生产API 5CT中碳含量为0. 25%-0. 29%、锰为l. 55%-1. 75%、钒为O. 07%-0. 12% 的P110级石油套管连铸坯
A、 在转炉内首先加入碳含量4.4%的铁水进行吹氧脱碳，当钢液中碳降到O. 19%、温度为 169(TC时，进行出钢，出钢量为140吨；
出钢过程中向钢包内加入300公斤电石脱去钢包渣中的氧，加入75公斤沥青焦(一种增 碳剂，含固定碳95%以上)使钢液中的碳含量增加到0.26%，加入2080公斤硅锰合金(硅含量 18%，锰含量64%)，锰铁合金1218公斤(锰含量75%)使钢液锰含量控制到l. 57%，加入钒铁 合金(钒含量80%) 80公斤使钢液钒含量达到0. 085%;
B、 然后再向钢包中喂入60公斤铝线，喂完铝线后取样分析钢液中的酸溶铝含量为 0.010%，再次喂入30公斤铝线，控制钢液中酸溶铝含量为0.028%， 30公斤铝线喂完后，加入 FeTi30A (—种含钛30%的钛铁合金)60kg (0. 43kg/t)，控制钢液钛含量为O. 008%;
C、 最后在1527。C (过热度25。C)温度条件下浇铸成360mmX450mm连铸坯。 经过检査该140吨P110级石油套管连铸坯无纵向裂纹。在该140吨铸坯中截取两块厚
20mm的试样，试样按GBT226标准酸腐后，用最小刻度为lmm的钢板尺，实际测量连铸坯的细 小等轴晶带、柱状晶带和等轴晶带的面积(在柱状晶与等轴晶处于交叉而又互相镶嵌的情况 下，按等轴晶面积计算)，然后用等轴晶面积除以测量全面积，得出等轴晶区面积比为 32.22%。
实施例4 生产GB13447中碳含量为0. 35%-0. 40%，锰含量l. 55%-1. 75。/。的37Mn氧气瓶连铸
坯
A、 在转炉内首先加入碳含量3.8%的铁水进行吹氧脱碳，当钢液中碳降到O. 10%、温度为 168(TC时，进行出钢，出钢量为132吨；
出钢过程中向钢包内加入300公斤电石脱去钢包渣中的氧，加入300公斤沥青焦(一种增 碳剂，含固定碳95%以上)使钢液中的碳含量增加到0.37%，加入1961公斤硅锰合金(硅含量 18%，锰含量64%)，锰铁合金1297公斤(锰含量75%)使钢液锰含量控制到l. 70%;
B、 然后再向钢包中喂入60公斤铝线，喂完铝线后取样分析钢液中的酸溶铝含量为 0.020%，加入FeTi30A (—种含钛30%的钛铁合金)40kg (0. 54kg/t)，控制钢液钛含量为 0. 006%;
C、 最后在1519。C (过热度27。C)温度条件下浇铸成360mmX450mm连铸坯。
6经过检査该132吨37Mn氧气瓶连铸坯无纵向裂纹。在该132吨铸坯中截取两块厚20mm的试 样，试样按GBT226标准酸腐后，用最小刻度为lmm的钢板尺，实际测量连铸坯的细小等轴晶 带、柱状晶带和等轴晶带的面积(在柱状晶与等轴晶处于交叉而又互相镶嵌的情况下，按等 轴晶面积计算)，然后用等轴晶面积除以测量全面积，得出等轴晶区面积比为36.98%。
对比例l 生产API 5CT中碳含量为0. 34%-0. 40%、锰含量为l. 25%-1. 55。/。的J55级石油套 管连铸坯
A、 在转炉内首先加入碳含量4.0%的铁水进行吹氧脱碳，当钢液中碳降到0.04%、温度为 1685'C时，进行出钢，出钢量为130吨；
出钢过程中向钢包内加入300公斤电石脱去钢包渣中的氧，加入360公斤沥青焦(一种增 碳剂，含固定碳95%以上)使钢液中的碳含量增加到0.37%，加入1931公斤硅锰合金(硅含量 18%，锰含量64%)，锰铁合金821公斤(锰含量75%)使钢液锰含量控制到l. 40%;
B、 然后再向钢包中喂入60公斤铝线，喂完铝线后取样分析钢液中的酸溶铝含量为 0. 022%;
C、 然后在1516。C (过热度23。C)温度条件下浇铸成360mmX450mm连铸坯。 经过检査该130吨J55级石油套管连铸坯中有12. 3%出现纵向裂纹。在该130吨铸坯中截取
两块厚20mm的试样，试样按GBT226标准酸腐后，用最小刻度为lmm的钢板尺，实际测量连铸 坯的细小等轴晶带、柱状晶带和等轴晶带的面积(在柱状晶与等轴晶处于交叉而又互相镶嵌 的情况下，按等轴晶面积计算)，然后用等轴晶面积除以测量全面积，得出等轴晶区面积比 为29. 18%。
对比例2 生产GB13447中碳含量为0. 35%-0. 40%，锰含量l. 55%-1. 75。/。的37Mn氧气瓶连铸
坯
A、 在转炉内首先加入碳含量4. 1%的铁水进行吹氧脱碳，当钢液中碳降到O. 12%、温度为 1675'C时，进行出钢，出钢量为135吨；
出钢过程中向钢包内加入300公斤电石脱去钢包渣中的氧，加入300公斤沥青焦(一种增 碳剂，含固定碳95%以上)使钢液中的碳含量增加到0.36%，，加入2006公斤硅锰合金(硅含 量18%，锰含量64%)，锰铁合金1326公斤(锰含量75%)使钢液锰含量控制到l. 65%;
B、 然后再向钢包中喂入60公斤铝线，喂完铝线后取样分析钢液中的酸溶铝含量为 0. 019%;
C、 然后在1518。C (过热度26。C)温度条件下浇铸成360mmX450mm连铸坯。 经过检査该135吨37Mn氧气瓶连铸坯有8. 1%出现纵向裂纹。在该132吨铸坯中截取两块厚20mm的试样，试样按GBT226标准酸腐后，用最小刻度为lmm的钢板尺，实际测量连铸坯的细 小等轴晶带、柱状晶带和等轴晶带的面积(在柱状晶与等轴晶处于交叉而又互相镶嵌的情况 下，按等轴晶面积计算)，然后用等轴晶面积除以测量全面积，得出等轴晶区面积比为 31. 30%。
由实施例l-4及对比例l-2可看出，本发明生产方法仅通过添加O. 005-0. 0145%的钛在钢 液中，不必改动其它生产工艺参数，就会明显地增大连铸坯等轴区面积，即可避免中碳锰钢 连铸坯出现表面纵裂缺陷，实现本发明目的。
权利要求
权利要求1防止中碳锰钢铸坯表面纵裂纹的生产方法，包括如下步骤A、按照常规方法转炉冶炼，合金化后控制其碳含量为0.25％-0.40％、锰含量为1.25％-1.75％B、合金化在钢液中加入铝进行终脱氧；C、钢液连铸，即得中碳锰钢；其特征在于在步骤B终脱氧后加入钛铁合金，控制其钛含量为0.005％-0.0145％；加入钛铁合金再进行钢液连铸。
2.根据权利要求l所述的防止中碳锰钢铸坯表面纵裂纹的生产方法， 其特征在于步骤A中在转炉冶炼时，采用含碳量不小于3. 0%的铁水进行冶炼，当碳含量为 0.03%-0.20%时出钢；出钢时加入电石脱氧，并加入锰、碳元素进行合金化。
3.根据权利要求l所述的防止中碳锰钢铸坯表面纵裂纹的生产方法， 其特征在于步骤C钢液在10-4(TC过热度的条件下连铸。
4.根据权利要求l-3任一项所述的防止中碳锰钢铸坯表面纵裂纹的生 产方法，其特征在于控制钛含量为O. 008%-0. 0145%。
全文摘要
本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及防止中碳锰钢铸坯表面纵裂的生产方法，所要解决的技术问题为提供了一种防止中碳锰钢铸坯表面纵裂纹的生产方法。该生产方法包括如下步骤A.按照常规方法转炉冶炼，冶炼后合金化，控制其碳含量为0.25％-0.40％、锰含量为1.25％-1.75％；B.合金化后在钢液中加入铝进行终脱氧；C.钢液连铸，即得中碳锰钢，其特征在于在步骤B终脱氧后加入钛铁合金，控制其钛含量为0.005％-0.0145％；加入钛铁合金再进行钢液连铸。通过该改进实现了避免中碳锰钢连铸坯产生表面纵裂纹缺陷的目的。
文档编号B22D11/18GK101508011SQ20091030124
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者代华云, 柯晓涛, 熊元波, 程书文, 邓通武, 永 陈, 雷秀华 申请人:攀钢集团研究院有限公司;攀枝花钢铁(集团)公司;攀枝花新钢钒股份有限公司;攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司