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【摘 要 】结合高级别管线钢冶炼过程,分析了二次精炼过程钢水中硫、氮、氢等杂质元素和夹杂物的控制.通过优化软吹工艺、合理控制中包钢水Ca/S比值.可将管线钢夹杂物控制在合格范围内,B类夹杂0级比例上升22～24%,2.0级以上比例0%.
【关 键 词 】管线钢 夹杂物 精炼
一、前言
石油天然气输送管道通常用于环境比较恶劣的地区,工作条件比较苛刻,输送压力不断增大,输送介质也变得更为复杂.要求高级管线钢具有高强度、高韧性、良好的焊接性能、抗氢致裂纹（HIC）和硫化物应力腐蚀断裂（SCC）的性能.随着精炼工艺的发展完善,提高产品洁净度,已成为钢铁企业的主要任务.目前高级别管线钢主要采用LD-LF-RH-CC的生产工艺,为了优化生产工艺,重点探讨了精炼过程钢水中S、N、H、夹杂物的控制.
二、杂质元素控制
(一)硫含量的控制
管线钢中的硫对其韧性、抗氢致裂纹和抗H2S,腐蚀能力有显著影响[1],X70 以上级别的管线钢均对钢中硫严格控制,一般要求小于30×10-6.对抗HIC等有特殊要求的管线钢要求小于10×10-6.超低硫管线钢的关键在于控制原料S含量和精炼脱硫.
在LF造渣期间分批向渣面加入铝粒,控制顶渣（MnO+FeO）<1.0%,保证高碱度、低氧化性炉渣,促进钢渣间脱硫反应.同时,提高温度充分利用LF 精炼后期高温进行脱硫, 此时应采用大气量搅拌钢液, 促进钢渣的混合, 促进脱硫动力学,一次脱硫<10×10-6,脱硫率可达到70%～ 90%.
(二)氮控制
氮与管线钢中Nb、V、Ti 等元素形成氮化物或碳氮化物析出,可细化晶粒, 起到析出强化作用,但N会降低管线钢的塑性和韧性, 还会产生时效作用.精炼过程很容易增氮,氮含量控制存在一定难度,精炼控氮关键：1） LF 精炼过程增氮的控制；2） 真空脱氮.
LF精炼过程中控制好底吹氩气,防止钢水裸露,同时缩短升温时间,可降低增N量,RH深真空过程具有较强的脱氮能力.由图2可见,精炼过程LF增氮可控制在0～10×10-6,RH脱氮0～20×10-6.精炼结束氮可控在20～40×10-6.
(三)氢的控制
真空脱气是高级别管线钢必备工序,采用RH精炼可将钢中氢含量降至1.5×10-6以下.因此采用LF+ RH双联流程生产高级别管线钢时氢控制不是难点.
三、夹杂物的控制
精炼过程中,管线钢夹杂物的控制主要集中在夹杂物总量控制、夹杂物变性二个方面.
(一)软吹工艺对夹杂物的影响
夹杂物去除主要依靠底吹促进夹杂物上浮和顶渣吸附.经过Ca处理后,钢液中的夹杂物已转变为液态钙铝酸盐类夹杂物.实践证明,随着软吹时间的延长,钢液中较大颗粒的夹杂物逐渐上浮,夹杂物数量逐渐减少.RH结束喂线后,优化软吹工艺,B类夹杂0级比例上升22～24%,2.0级比例明显下降,2.5级比例0%.具体见表1
(二)Ca/S的控制
管线钢一般采用钢水喂钙的方式进行夹杂物变性处理,合理的喂钙量是夹杂物变性处理的关键,喂线前S<10×10-6以下,为Ca处理工艺提供更宽松的条件范围.喂Ca量多,[Ca]/[S]比值的增大,夹杂物分布变的密集,不利于夹杂物去除[2],同时增加冶炼成本.[Ca]/[S]比值太低达不到Ca处理效果.若从氧化物夹杂变性以及硫化物夹杂变性两方面来考虑合理控制[Ca]/[S]比值.降低钢水中Ca含量,控制[Ca]/[S],可将夹杂物控制在合格范围内.
四、结论
（1）高级别管线钢精炼过程在于对硫、氮、氢等杂质元素的严格控制.需优化LF操作实现S<10×10-6、增N<10×10-6.加强RH真空槽维护,深真空操作,实现脱[H]、[N].
（2）优化软吹工艺B类夹杂0级比例上升22～24%,2.0级以上比例0%.夹杂物控制水平明显提高.
（3） 合理控制[Ca]/[S],可将夹杂物控制在合格范围内,同时降低冶炼成本.