高纯净度低温钢及其生产方法与流程

本发明涉及一种高纯净度低温钢及其生产方法，属于钢铁材料生产制造。

背景技术：

1、随着经济的快速增长，天然气等优质清洁能源的市场需求量日趋增大。液化天然气的大型运输、存储对容器材料的要求极为严苛，其中，以9ni、5ni、3.5ni等为代表的不同等级和用途的低温钢作为天然气的储运容器材料，市场需求日趋扩大，具有广阔的发展前景。

2、镍系低温钢是指在-70℃~-196℃低温下服役的含镍系列焊接结构专用钢材，是技术要求最高，行业影响最大的宽厚板产品之一，主要用于石油、化工等能源行业，用于制造各种液化石油气、液乙烯、液氧、液氮、液化天然气等的生产及存储容器。

3、低温钢由于其用途的特殊性，对产品洁净度要求极高，p、s、o、n等均要求控制在极低的水平。现有有很多关于p控制的技术披露，例如专利申请cn112680557a、cn101328529a、cn112662839a等，但是这些技术存在一些缺陷。例如，cn112680557a存在回磷严重、损坏钢包车线缆的问题，cn101328529a存在精炼周期长、生产效率低且成本高的问题，cn112662839a存在对耐材侵蚀严重、钢水纯净度差、操作难度大的问题。另有其它一些脱磷技术，或存在设备损耗大的缺陷，或存在脱磷效果不理想的缺陷，等等。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高纯净度低温钢及其生产方法。

2、为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种高纯净度低温钢的生产方法。所述方法包括，

3、步骤一：在kr脱硫设备处理铁水，出站温度1350~1400℃，出站铁水的s含量≤0.0010%；

4、步骤二：将脱硫后的铁水、废钢和镍板在单座转炉中进行三阶段吹炼；第一阶段吹炼：第1min的吹氧枪枪位1.8~2.0m、顶吹氧气强度3.0~3.5nm3/t/min、底吹氩气强度0.08~0.10nm3/t/min，第2min开始的吹氧枪枪位2.8~3.0m、顶吹氧气强度2.7~3.0nm3/t/min、底吹氩气强度0.08~0.15nm3/t/min，该阶段造碱度1.8~2.5、t.fe含量20~30%的炉渣，吹炼结束后持续底吹氩气1~2min，而后倒渣一部分，终点钢水温度1370~1420℃；第二阶段吹炼：加入球团8~16kg/t进行造碱度4.5~8.5、t.fe含量18~26%的炉渣，相较于第一阶段吹炼的第2min以后的吹氧枪枪位降低10~20%，顶吹氧气强度3.0~3.5nm3/t/min、底吹氩气强度0.05~0.08nm3/t/min，吹炼结束前倒渣一部分，终点钢水温度1550~1580℃；第三阶段吹炼：吹氧枪枪位2.8~3.0m、顶吹氧气强度3.2~3.5nm3/t/min、底吹氩气强度0.08~0.15nm3/t/min，该阶段造碱度6.0~12.0、t.fe含量20~30%的炉渣，吹炼结束倒渣一部分，终点钢水温度1600~1630℃，留渣出钢，得到c含量0.02~0.05%、p含量≤0.0035%的钢水；

5、步骤三：将吹炼后的钢水在lf炉中进行精炼，包括依序的通电升温、合金化、造渣，出站温度1610~1630℃；而后，将lf炉出站钢水运至rh精炼炉进行真空处理，破空出钢；

6、步骤四：钢水从rh精炼炉吊运至连铸平台静置，然后浇注，得到连铸坯。

7、作为一优选实施方式，步骤二中，第一阶段吹炼：采用石灰10~16kg/t、球团6~15kg/t进行造渣，分至少两批加入，第一批加入石灰和球团的各自总重量的70~80%；

8、第二阶段吹炼：采用石灰14~22kg/t、球团8~16kg/t、轻烧白云石7~10kg/t、镁球2~4kg/t进行造渣，分至少两批加入，第一批加入石灰、球团、轻烧白云石、镁球的各自总重量的70~80%；

9、第三阶段吹炼：采用石灰8~12kg/t、球团3~5kg/t、轻烧白云石1~2.5kg/t进行造渣。

10、作为一优选实施方式，步骤二中，出钢过程中先后进行脱氧合金化和造渣，并且出钢过程中的钢包底吹流量400~600nl/min，出钢结束的钢包底吹流量提升为800~1000nl/min；

11、出钢10~20%时按顺序加入金属铝、低钛低铝硅铁、金属锰对钢水进行脱氧合金化，至出钢60~70%时全部加完，然后加入石灰和铝酸钙合成渣进行造渣，至出钢80~90%时全部加完。

12、作为一优选实施方式，步骤二中，所述铝酸钙合成渣的化学成分以重量百分比计包括：cao 50~60%，al2o335~45%，mgo 2~4%，sio2≤3%，以及其它不可避免的杂质组分，其中物相12cao•7al2o3占所述铝酸钙合成渣的复合相的80%以上。

13、作为一优选实施方式，步骤三中，在造渣阶段，采用电石和铝粒对炉渣进行脱氧，以将炉渣成分调整为以重量百分比计含50~55%的cao、30~35%的al2o3、3~6%的sio2、4~7%的mgo、1.5%以下的t.fe+mno以及其它不可避免的杂质组分；

14、在rh精炼炉进行真空处理时，先在1.5mbar以下的真空度下持续处理15~20min，然后在5mbar以上的真空度下持续处理10~20min，最后破空出钢。

15、作为一优选实施方式，步骤三中，在造渣阶段，采用电石和低碳钢渣面脱氧剂对炉渣进行脱氧，以将炉渣成分调整为以重量百分比计含50~55%的cao、30~35%的al2o3、3~6%的sio2、4~7%的mgo、2~5%的t.fe+mno以及其它不可避免的杂质组分；

16、在rh精炼炉进行真空处理时，先将真空度降低到1.5mbar以下，向钢水中加入金属铝，向钢包渣面加入2~4kg/t的低碳钢渣面脱氧剂，之后持续真空处理15~20min；然后在5mbar以上的真空度下持续处理10~20min，最后破空出钢。

17、作为一优选实施方式，步骤三中，在造渣阶段，向钢水中加0.3~0.5kg/t的电石、1.0~2.0kg/t的第二铝酸钙合成渣，以将炉渣成分调整为以质量百分比计含50~55%的cao、30~35%的al2o3、1~3%的caf2、3%以内的sio2、4~6%的mgo、1%以内的t.fe+mno以及其它不可避免的杂质组分；

18、在rh精炼炉进行真空处理时，先在200mbar以上真空度下处理3~5min，再在1.5mbar以下的真空度下持续处理10~15min，然后在50mbar以上的真空度下持续处理5min以上，最后破空出钢。

19、作为一优选实施方式，步骤三中，在rh精炼炉的真空度降至500mbar之后，从靠近下降管的区域处喂入钙线1.0~1.5m/t且喂线速度4~6m/s。

20、作为一优选实施方式，步骤三中，在rh精炼炉的真空度降至1.5mbar以下之后，持续处理10~15min期间，从靠近上升管的区域处喂入钙线0.5~1.0m/t且喂线速度1~1.5m/s。

21、作为一优选实施方式，步骤三中，在通电升温阶段、合金化阶段、造渣阶段的底吹氩气流量分别为400~500nl/min、300~400nl/min、500~600nl/min，其余阶段的底吹氩气流量分别为150~250nl/min。

22、作为一优选实施方式，步骤四中，采用板坯连铸机进行浇注，得到厚度220mm或320mm、宽度1500~2300mm的坯料；中间包钢水的过热度30~50℃，结晶器采用熔点为1100~1200℃的低熔点碱性保护渣，拉速v为1.05~1.35m/min，结晶器的锥度1.05~1.2%；

23、所述坯料出结晶器之后在二冷区进行冷却，所述二冷区按照水量不同分10个区段；第1区段的水量是结晶器的水量的1/10以下，第2~4区段的水量大于第1区段的水量且依次递减，第5区段的水量小于第1区段的水量，第6区段的内弧水量小于外弧水量，第7~10区段的内外弧边部水量小于内外弧中部水量；坯料在第8~10区段进行压下且三个区段各分配25%、25%和50%的压下量，厚度220mm和320mm的坯料的压下量分别为3~5mm和6~8mm；坯料离开全部扇形段之后进行切割和堆垛缓冷，得到连铸坯。

24、作为一优选实施方式，步骤四中，当拉速v在1.20m/min以下时，结晶器的锥度1.1~1.2%，结晶器的宽侧水量3600~3900nl/min、窄侧水量390~420nl/min；否则，结晶器的锥度1.05~1.15%，结晶器的宽侧水量3900~4100nl/min、窄侧水量420~450nl/min；

25、第1至5区段的内外弧具有对应拉速v=1.05m/min的标准水量以及对应于拉速v＞1.05m/min的增强水量，第1至5区段的内外弧的对应拉速v=1.05m/min的标准水量分别为250~290nl/min、575±25nl/min、525±25nl/min、475±25nl/min、175±25nl/min；所述增强水量为标准水量与增量水量δt=t×floor((v－1.05m/min)/0.05m/min)之和，t取值5~10nl/min。

26、作为一优选实施方式，步骤四中，所得连铸坯的化学成分以重量百分比计包括：c:0.03~0.10%、si:0.15~0.35%、mn:0.5~1.6%、ni:0.4~10.0%、al:0.015~0.055%、cu≤0.015%、mo≤0.50%、cr≤0.70%、nb≤0.035%、t.o≤10ppm、p≤0.005%、s≤0.0020%、n≤0.0020%、h≤1.5ppm。

27、作为一优选实施方式，步骤四中，所得连铸坯的90%以上氧化物夹杂物中al2o3含量≥80%，98%以上氧化物夹杂物尺寸≤5μm，最大尺寸氧化物夹杂物不超过20μm。

28、作为一优选实施方式，所述方法还包括，

29、步骤五：将连铸坯送入加热炉进行加热，预热段最高温度为750~850℃，加热段最高温度为1100~1200℃，均热段最高温度为1150~1200℃，预热段升温速度20~30℃/min，加热段升温速度30~50℃/min；

30、步骤六：离开加热炉之后，将所述连铸坯热轧成厚度5~60mm的板材，开轧温度为1030~1130℃，终轧温度为800~850℃，每道次的轧制量为10~15%；

31、步骤七：对热轧所得板材进行二次淬火和回火热处理；第一次淬火的温度为800~900℃，第二次淬火的温度为700~800℃；对于厚度20mm以下的板材，回火温度600~620℃；对于厚度40mm以上的板材，回火温度560~580℃；其余厚度的板材，回火温度＞580℃且＜600℃；

32、步骤八：冷却至室温之后，得到板材成品。

33、作为一优选实施方式，步骤七中，第一次淬火的在炉时长为(2.0~2.2)min/mm×h+(5~10)min，第二淬火的在炉时长为(2.1~2.3)min/mm×h+(5~10)min，回火的在炉时长为(2.5~2.8)min/mm×h+(5~10)min，其中h为板材的厚度。

34、为实现上述发明目的，本发明一实施方式还提供了一种高纯净度低温钢。所述低温钢的化学成分以重量百分比计包括：c:0.03~0.10%、si:0.15~0.35%、mn:0.5~1.6%、ni:0.4~10.0%、al:0.015~0.055%、cu≤0.015%、mo≤0.50%、cr≤0.70%、nb≤0.035%、t.o≤10ppm、p≤0.005%、s≤0.0020%、n≤0.0020%、h≤1.5ppm；

35、所述低温钢的90%以上氧化物夹杂物中al2o3含量≥80%，98%以上氧化物夹杂物尺寸≤5μm，最大尺寸氧化物夹杂物不超过20μm。

36、作为一优选实施方式，所述低温钢为厚度5~60mm的板材，其z向断面收缩率≥70%，-196℃低温冲击功单值≥180j。

37、与现有技术相比，本发明一实施方式的有益效果为：通过这种三阶段吹炼的技术，既可以实现高效地脱磷，又可以避免回磷，且生产过程对设备损害小，且采用单座转炉即可完成钢水高效冶炼，避免了传统转炉冶炼中存在的脱磷效果不佳的问题，也避免了双转炉冶炼工艺所具有的占用设备、效率低、成本高的问题，所炼制的钢水实现高纯净度冶炼，满足高纯净度钢水的冶炼需求。