Современные процессы рафинирования стали
  10 Особенности технологии производства высокопрочной низколегированной стали для газопроводных труб

Высокопрочная низколегированная сталь для газопроводных труб должна обладать высокими значениями ударной вязкости при отрицательных температурах и изотропными механическими свойствами. Специфическим условием, которое предъявляется к стали для газопроводных труб, является способность противостоять сероводородной коррозии.

Возникновение сероводородной коррозии связывают с тем, что поверхность раздела сульфид-матрица практически представляет собой несплошности, в которых концентрируется водород. При наличии напряжений выделение молекулярного водорода способствует образованию микротрещин, количество и размер которых увеличиваются с увеличением размеров сульфидных включений.

В связи с этим к металлу для труб магистральных газопроводов предъявляются исключительно высокие требования по концентрации серы. Сталь должна содержать, % мас.: 0,04 – 0,1 C; 1,4 – 1,5 Mn; < или = 0,001 S; < или = 0,015 P; < или = 0,004 N. Содержание водорода в металле должно быть на минимально возможном уровне.

При производстве стали Х60 – Х80 зарубежные предприятия придерживаются следующих рекомендаций:

  • использование в шихте чугуна, подвергнутого внедоменной десульфурации до содержания серы < или = 0,010%, оборотного металлического лома или железа прямого восстановления и извести с содержанием серы не более 0,05 – 0,07%;
  • получение в кислородном конвертере металла с содержанием фосфора < 0,008% при помощи насыщенных известью шлаков с 18 – 20% Fe. Обязательное отделение окисленного шлака от металла при выпуске плавки. Температура металла при выпуске в 185-т ковш должна составлять 1680 – 1700оС;
  • раскисление, легирование и предварительная десульфурация металла твердой шлакообразующей смесью во время выпуска плавки в ковш. Концентрация растворенного в металле кислорода по окончанию выпуска должна составлять 2 ppm;
  • окончательная десульфурация металла при обработке на установках VD. Для эффективного удаления водорода и азота продолжительность вакуумирования стали в 185-т ковше должна составлять не менее 10 минут при расходе аргона 1,35 м3/мин;
  • рафинирование стали от включений глинозема мягкой продувкой аргоном, которая не приводит к нарушению шлакового покрова и развитию вторичного окисления;
  • обработка расплава CaSi с целью модифицирования неметаллических включений. Расход кальция зависит от концентрации серы в стали после вакуумной обработки. Отношение Ca/S в отобранной перед разливкой пробе металла должно составлять 1,8 – 4,0. При этом содержание растворенного в металле кальция составляет 10 – 35 ppm, что достаточно для образования глобулярных оксидов.

Однако, такая технология не может быть реализована в кислородно-конвертерных цехах металлургических предприятий Украины в связи с тем, что они, как правило, не располагают оборудованием для вакуумной обработки металла в ковше.

В связи с этим целесообразно рассмотреть технологию производства металла для газопроводных труб с содержанием серы не более 10 – 15 ppm, освоенную в кислородно-конвертерном цехе металлургического комбината «Азовсталь».

При производстве стали марок 09Г2Ф, 10Г2ФБ и др. с содержанием серы < 0,010% металлическая шихта состоит из низкомарганцовистого чугуна и оборотного лома из цеха толстого листа, содержащего < 0,010% серы.

В отделении внедоменной десульфурации чугуна кислородно-конвертерного цеха весь чугун в чугуновозных ковшах подвергают десульфурации гранулированным магнием, который вдувают в металл через погружаемые в расплав фурмы в потоке природного газа или воздуха. При среднем расходе гранулированного магния 0,6 кг/т содержание серы в чугуне после обработки составляет 0,005 – 0,010%. Перед сливом в миксер и перед сливом металла в конвертер проводят скачивание шлака из чугуновозных и заливочных ковшей. В среднем удаляется около 70% ковшевого шлака.

Плавку в 350-т кислородном конвертере верхнего дутья заканчивают под шлаком основностью 2,8 – 3,0, содержащим 1,5 – 2,5% MnO и 1,5 – 2,0% MgO. Продувку металла кислородом заканчивают при содержании углерода 0,04 – 0,05%. При этом величина фактического коэффициента распределения серы между шлаком и металлом в конце продувки составляет 3,5 – 6,0, а средняя степень десульфурации металла за время плавки в конвертере составляет 15%.

При производстве стали с содержанием серы не более 10 – 15 ppm расход гранулированного магния для внедоменной десульфурации чугуна увеличили до 0,8 – 1,2 кг/т, что позволило получать остаточное содержание серы в металле 0,003 – 0,005%. Кроме того, шлак из заливочных ковшей скачивали до появления зеркала чугуна.

Чтобы повысить эффективность десульфурации металла в кислородном конвертере были приняты меры, направленные на повышение основности и уменьшение вязкости конвертерного шлака, а также снижения окисленности металла в заключительном периоде продувки.

С этой целью основность конечного шлака увеличили до 3,2 – 3,4, содержание MnO в шлаке повысили до 4,5 – 5,5%, а MgO – до 4,5 – 5,0%. Содержание углерода в металле в конце продувки увеличили до 0,05 – 0,06%, марганца – до 0,15 – 0,20%. Увеличение содержания MgO в шлаке было достигнуто путем использования ожелезненного доломитового флюса. Повышение содержания марганца в металле и его оксида в шлаке было достигнуто использованием передельного чугуна с содержанием марганца 0,4 – 0,7% или подачей FeSiMn в конвертер в начале плавки.

Эти мероприятия позволили увеличить фактические значения коэффициента распределения серы между металлом и конвертерным шлаком до 6,5 – 12. Несмотря на снижение концентрации серы в передельном чугуне до 0,005%, степень десульфурации металла в конвертере увеличилась в среднем до 20%, что позволило получать содержание серы в металле на выпуске из конвертера 0,004%.

Десульфурацию металла в ковше проводили в два этапа: твердой шлако-образующей смесью (ТШС) из извести и плавикового шпата в соотношении (3 - 4) : 1 на выпуске с последующей продувкой аргоном и на УДМ.

При производстве стали с содержанием серы не более 10 – 15 ppm расход шлакообразующей смеси составлял не менее 10 кг/т.

Понижение активности кислорода в металле и содержания FeO в ковшевом шлаке достигалось путем раскисления металла и шлака алюминием и CaSi, которые вводили в ковш двумя порциями. В начале выпуска плавки одновременно с присадкой ТШС для раскисления попадающего в ковш конвертерного шлака и ускорения наводки рафинирующего шлака присаживали 150 – 200 кг алюминия. После ввода ферросплавов в ковш присаживали 500 – 700 кг алюминия и 350 кг кускового CaSi (СК15). При этом содержание алюминия в стали обычно составляло не менее 0,04%.

Для повышения основности ковшевого шлака были использованы следующие мероприятия: отсечка конвертерного шлака при выпуске плавки; раскисление и легирование стали кремнием на УДМ после усреднительной продувки; использование сталеразливочных ковшей с основной футеровкой. Принятые меры позволили увеличить основность ковшевого шлака с 3,4 до 4,3.

Относительная степень десульфурации стали ТШС на первом этапе обработки (во время выпуска плавки в ковш и усреднительной продувки) составляла 45 – 60%.

Для десульфурации металла на УДМ использовали порошкообразный CaSi марки СК15, который инжектировали в металл в потоке аргона, или СК30 в виде порошковой проволоки. Степень десульфурации металла при обработке CaSi составляла 30 – 50%.

При десульфурации металла кальцием изменяется форма сульфидных и оксисульфидных включений, происходит их глобулизация и коагуляция. В дальнейшем часть этих включений всплывает в шлак во время выдержки металла в сталеразливочном ковше и при разливке стали. В результате этого содержание серы в стали снижается на 10 – 20%.

Суммарная степень десульфурации металла в сталеразливочном ковше составляет 60 – 80%, что позволяет получить содержание серы в стали на уровне 6 – 15 ppm.

Исследование качества металла показало, что снижение содержания серы с 40 – 70 до 6 – 15 ppm позволило:

  • понизить загрязненность металла листов неметаллическими включениями по стандарту ASTM E45-75 (метод А – наихудших полей) с 0,5 – 1,0 балла до 0;
  • понизить среднее значение максимального балла по алюминатам и глобулярным оксидам (таблица 10.1), что существенно улучшило пластические характеристики толстолистового проката;
  • отсортировка листов из стали с содержанием серы 6 – 15 ppm по результатам ультразвукового контроля, которую проводят по требованиям к продукции 1-го и 2-го класса, снизилась с 11,29 до 2,36%, а по требованиям к 3-му классу стандарта SEL076 – с 3,04 до 0,1%;

В листах с содержанием серы 6 – 15 ppm отмечено резкое увеличение ударной вязкости и доли вязкой составляющей в образцах ИПГ при отрицательных температурах (таблица 10.2).

  10 Особенности технологии производства высокопрочной низколегированной стали для газопроводных труб
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ