-100℃低温无缝钢管钢连铸圆坯的生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属冶金领域，特别涉及-100°C低温用无缝钢管钢(如Gr.3(p35(Kf38幻连铸 圆坯的生产。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济的高速发展，国内石油、化工等能源行业需要大量低温用钢来制造 各种液化石油气、液氨、液氧、液氮的生产及存储设备。根据我国"十二五"规划，未来五年将 优化石化能源的发展，加快油气资源的开发。这将给低温服役条件下能源生产及存储设备 制造行业提供广阔的市场及发展机遇，同时也会促进耐低温材料的发展。由于容器特殊用 途，对低温钢性能的要求更加严格，首先要保证在使用温度下具有足够的抗脆性开裂的能 力，要求产品不仅具有高的强度，而且还要具备高的低温冲击韧性，因此低温管对钢质纯净 度要求很高，而且随着温度的降低对钢的纯净度要求更高。
[0003] 目前生产的-100°C低温钢都是采用转炉长流程工艺线生产，对铁水进行了深脱硫 预处理，保证钢质纯净度，生产周期长，成本高，竞争力差。
[0004] 连铸圆坯是生产无缝钢管的主要管坯，常规品种是碳素钢、低合金钢和合金结构 钢，合金元素少，对连铸机设备和二冷水制度要求不高。用于_l〇〇°C低温无缝钢管钢Gr. 3碳 含量低，镍含量高，与圆坯连铸常用的品种如碳素钢、低合金钢和合金结构钢生产完全不 同。由于镍对钢的导热和导电性能有强烈的影响，因此含镍钢种一般枝状组织比较严重，连 铸工艺、电磁搅拌使用不当将无法消除铸坯枝状组织，同时还会产生严重的裂纹或缩孔缺 陷，即使通过锻制加工也不容易消除带状组织，带状组织严重影响低温冲击韧性。因此常规 的连铸工艺不能解决镍钢连铸坯枝状组织、裂纹或缩孔的难题，必须进行专门的研究。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的是提供一种_100°C低温用无缝钢管钢连铸圆坯的生产方法，通 过控制最佳的钢水条件、连铸二冷制度与浇铸温度、拉速匹配、合理的电磁搅拌参数，消除 连铸坯枝状组织、铸坯裂纹和缩孔缺陷，生产出直接用于乳制无缝钢管(如Gr.3)连铸圆坯， 缩短生产周期，降低成本，增强产品市场竞争力。
[0006] 本发明的技术方案：
[0007] 本发明提供一种-100°C低温无缝钢管钢连铸圆坯的生产方法，原料依次经电弧炉 冶炼-LF精炼-VD真空处理-圆坯连铸-连铸坯精整-合格圆坯，其中，
[0008] 圆坯连铸工序中，控制连铸钢水过热度26~31°C，浇注速度（拉速）为0.36~ 0.454m/min，连铸二冷比水量0.15~0.22L/kg，连铸二冷区分4段，采用气雾冷却，各段水量 占有的比例分别为：第一段水量35~37%、第二段水量27~29%、第三段水量18~20%、第 四段水量16~18%。
[0009] 进一步，圆坯连铸工序中，在连铸结晶器和凝固末端采用电磁搅拌，连铸结晶器电 磁搅拌电流220~280A、频率2.5~3.0ΗΖ，凝固末端电磁搅拌电流120~180A、频率6~8HZ。
[0010] 所述-100°C低温无缝钢管钢为Gr.3钢。
[0011] 进一步，本发明中，所述-100°c低温无缝钢管钢的化学成分及其重量含量为：C 0.06~0.10%、Si 0.21 ~0·33%、Μη 0.48~0.58%、P<0.008%、S< 0.004%、Ni3.4~ 3·7%、Α1 0.03~0.06%、余量为残余元素和铁。
[0012 ] 进一步，所得圆还的直径为φ3 5 0m m~φ3 8 8m m。
[0013] 进一步，上述方法中，所述LF精炼工序中，采用石灰和合成渣造渣，石灰和合成渣 的总质量占钢水质量的1.2~1.8% ;其中，石灰和合成渣的质量百分比为:石灰80~90%， 合成渣10~20%，合成渣的成分为CaO 60~68%、Al2〇3 15~20%、CaF2 10~15%、Si〇2< 5%、Mg0<3%、S<0.1%。
[0014] 优选的，上述方法中，电炉冶炼采用超高功率电弧炉冶炼。
[0015] 更优选的，采用70吨高阻抗超高功率电弧炉。
[0016]优选的，圆坯连铸工序中，采用三机三流圆坯连铸机浇铸。
[0017]优选的，所述原料指废钢和生铁，废钢与生铁的质量比为100:35-45,废钢的化学 成分满足:C 0.07~0.48%、P< 0.025%、S< 0.020%，Fe为余量。
[0018] 本发明的有益效果：
[0019] 本发明控制连铸中间包钢水过热度，连铸二冷区采用多段气雾冷却，并对各段冷 却水量进行合理匹配，减少铸坯表面回温和铸坯表面温度梯度，提高铸坯拉矫前温度，防止 铸坯热应力增加和铸坯表面温度反复变化，使铸坯组织发生多次相变，导致铸坯枝状组织 发达、铸坯产生裂纹、缩孔缺陷，生产的连铸圆坯质量满足乳管要求。
【具体实施方式】
[0020] 本发明提供一种-100°C低温无缝钢管钢连铸圆坯的生产方法，原料依次经电弧炉 冶炼-LF精炼-VD真空处理-圆坯连铸-连铸坯精整-合格圆坯，其中，
[0021] 圆坯连铸工序中，控制连铸钢水过热度26~31°C，浇注速度（拉速）为0.36~ 0.454m/min，连铸二冷比水量0.15~0.22L/kg，连铸二冷区分4段，采用气雾冷却，各段水量 占有的比例分别为：第一段水量35~37%、第二段水量27~29%、第三段水量18~20%、第 四段水量16~18%。
[0022] 进一步，圆坯连铸工序中，在连铸结晶器和凝固末端采用电磁搅拌，连铸结晶器电 磁搅拌电流220~280A、频率2.5~3.0ΗΖ，凝固末端电磁搅拌电流120~180A、频率6~8HZ。 这样可提高铸坯表面质量和钢质纯净度，改善铸坯内部组织结构。
[0023] 所述-100°C低温无缝钢管钢为Gr · 3钢。
[0024] 进一步，本发明中，所述-100°C低温无缝钢管钢的化学成分及其重量含量为：C 0.06~0.10%、Si 0.21 ~0·33%、Μη 0.48~0.58%、P<0.008%、S< 0.004%、Ni3.4~ 3·7%、Α1 0.03~0.06%、余量为残余元素和铁。
[0025] 本发明通过弧型连铸机浇铸成直径为φ35 0~φ3 88mm的连铸坯。Gr. 3钢液相线约 为1507°C、固相线约为1479°C，液相线与固相线温度相差约28°C，对连铸时钢水的温度、浇 注速度要求非常苛刻，钢水凝固时容易搭桥，使铸坯中心补缩不好。而且Gr.3钢碳含量低， 凝固收缩大，而且碳含量在包晶钢反应区域，钢水凝固时发生包晶反应，导致铸坯凝固坯壳 不均匀，使铸坯产生裂纹缺陷。合金元素 Ni高，钢的导热性差，铸坯枝状组织发达，铸坯凝固 补缩不好，尤其是铸坯断面越大，补缩效果越差，铸坯中心容易形成缩孔。另外，合金元素含 量高，钢液凝固时铸坯断面收缩大，已凝固铸坯不能承受钢液凝固收缩应力，铸坯就容易产 生中心裂纹和表面裂纹。改善铸坯缩孔和裂纹形成条件必须从钢水过热度、连铸冷却着手， 避免应力的集中释放，形成铸坯缩孔、中心裂纹和表面裂纹。
[0026] 本发明生产工艺流程:超高功率电弧炉-LF精炼炉-VD真空处理-圆坯连铸-连 铸坯表面清理-合格圆坯-乳管。本发明采用高阻抗超高功率电弧炉冶炼初炼钢水，去除 钢中的磷及气体含量，确保钢水终点碳，防止钢水被过氧化;LF钢包精炼提高钢质纯净度， 调整钢水合金元素含量达到标准要求;VD真空处理去气、去夹杂物;连铸控制钢水过热度26 ~31°C，拉速为0.36~0.45m/min，比水量0.15~0.22L/kg，二冷区分4段气雾冷却，各段水 量百分比分别为:第一段水量百分比为35~37%、第二段水量占27~29%、第三段水量占18 ~20%、第四段水量占16~18%。使钢水过热度小，铸坯温度均匀，各段之间铸坯表面回温 小，避免铸坯热应力增加和铸坯温度反复变化而发生多次相变，导致铸坯枝状组织发达，产 生缩孔和裂纹缺陷。
[0027] 本发明中，由于该钢碳含量为0.06~0.10%，钢水在连铸结晶器凝固时，容易发生 包晶反应，导致结晶器内钢水凝固坯壳不均匀，使铸坯产生表面裂纹，严重者导致连铸漏 钢，使钢水报废，因此连铸浇注时需要降低浇注速度(拉速），避免发生包晶反应。降低浇注 速度只有通过提高钢水过热度来实现，但若钢水过热度太高，连铸时容易漏钢，而且铸坯枝 状晶很发达，影响产品的冲击韧性;若钢水过热度太低，连铸浇注时容易溢钢，导致连铸浇 注失败，而且钢水温度低，不利于夹杂物上浮去除；因此钢水过热度与铸坯浇注速度必须合 理匹配，设计钢水过热度为26~31°C，拉速为0.36~0.45m/min。
[0028] 本发明中，连铸结晶器电磁搅拌电流220~280A、频率2.5~3.0ΗΖ，凝固末端电磁 搅拌电流120~180A、频率6~8HZ，改善铸坯凝固组织结构。如果连铸结晶器电磁搅拌电流 大于280A、频率大于3.0ΗΖ，铸坯直径的1/4与3/4点会出现严重的C正偏析，影响产品的低温 冲击韧性;如果连铸结晶器电磁搅拌电流小于220A、频率小于2.5HZ，不能发挥电磁搅拌的 作用，不能提高铸坯表面质量和钢质纯净度。如果凝固末端电磁搅拌电流大于180A、频率大 于8HZ，在铸坯直径1/4~3/4之间会形成白亮带，即C的负偏析，影响产品的力学性能；如果 凝固末端电磁搅拌电流小于120A、频率小于6HZ，电磁力搅不动铸坯中心未凝固的钢液，不 能改善铸坯中心的微观偏析，影响产品的组织均匀性。
[0029] 连铸二冷水的作用是将从结晶器拉出来的带有液心的铸坯，在二次冷却区接受气 雾冷却，促使铸坯快速完全凝固，随着铸坯坯壳厚度的增加，导热速度减慢，二次冷却系统 必须设计为均匀降低铸坯温度，避免铸坯表面温度急剧变化，导致铸坯产生裂纹缺陷。 [0030]下面结合实施例对本发明的【具体实施方式】做进一步的描述，并不因此将本发明限 制在所述的实施例范围之中。
[0031] 实施例1
[0032] Gr. 3生产工艺流程:原料经70吨高阻抗超高功率电弧炉-LF精炼炉-VD真空处理 -圆坯连铸-铸坯缓冷-铸坯表面清理-铸坯乳管。
[0033] 70吨高阻抗超高功率电弧炉采用优质废钢和生铁作原料，生铁为炉料总重量的 35%，利用电能熔化废钢，