非真空精煉優質碳素結構鋼、油井管管坯鋼等大規格棒材白點缺陷控制技術的研發①

袁　敏，陳子坤,侯海新

(江蘇沙鋼集團淮鋼特鋼股份有限公司， 江蘇 淮安　223002)

?

非真空精煉優質碳素結構鋼、油井管管坯鋼等大規格棒材白點缺陷控制技術的研發①

袁敏，陳子坤,侯海新

(江蘇沙鋼集團淮鋼特鋼股份有限公司， 江蘇 淮安223002)

研究了江蘇沙鋼集團淮鋼特鋼公司所生產的不通過RH爐的優質碳素結構鋼、油井管管坯鋼等大規格棒材白點缺陷的消除與防范。

優質碳素結構鋼； 精煉； RH爐； 白點缺陷

引　言

本生產線為江蘇沙鋼集團淮鋼特鋼股份有限公司于2008年初調試、投產。原建保溫坑容量小，只有1000 t，除個別新品鋼種外，如優質碳素結構鋼、合金結構鋼全需通過RH爐精煉，軋鋼線采用堆垛緩冷工藝來預防和消除白點缺陷；而管坯鋼全部需通過RH爐精煉，軋鋼線采取入坑緩冷工藝。調試初期，四軋廠保溫坑緩冷容量有限，生產組織不暢；四軋廠材庫通風，密閉性不是很好；鋼材使用鏈條吊運，不能達到吸盤吊運密集堆垛的功能，鋼材不能達到良好的緩冷效果，導致大量鋼材發生白點質量缺陷；為防止白點的發生，生產的鋼種全部需通過RH爐，使得本工藝的生產成本增加。

1　工藝介紹

本生產線生產優特鋼的常規工藝路線為：

轉爐→LF精煉→( RH爐精煉→)大圓坯連鑄→開坯軋制→熱連軋(Φ70～250 mm大規格棒材)→空冷/坑冷緩冷→大規格棒材無損探傷檢驗(是否發生白點)→大規格棒材性能檢驗(是，白點確認)

經國內特鋼企業多年實踐認為，含碳量≥0.20%的優質碳素結構鋼，合金鋼中如Cr,Mn,Ni,V等元素都是第四周期與鐵晶格尺寸相近的元素，其與Fe的半徑相近，容易形成置換固溶體，合金元素周邊的晶格易發生畸變，產生短程應力區，通過這種畸變使鋼的強度增加，也使塑性降低。因此Cr,Mn,Ni,V鋼是白點敏感鋼種，也即是應力裂紋敏感鋼種。本生產線所生產的油井管管坯鋼，Mn含量較高，也是典型的白點敏感鋼種；另如 Cr鋼、CrMo鋼、CrSi鋼、CrMn鋼、CrNi鋼、CrMnSi鋼、CrNiMo鋼等合結鋼，彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼、模具鋼等均易產生白點,合金鋼中的白點如圖1所示[1]。

圖1　合金鋼白點

“白點”在橫向、縱向酸浸試樣上均表現為鋸齒狀細裂紋，裂紋的分布不規則，在縱向淬火斷口上“白點”呈圓形或橢圓形銀亮色的粗晶斑點，斑點直徑通常在幾毫米之內，有時也可能達到幾十毫米。

鋼材在進行熱加工后，為了改善鋼材的內部組織性能，可以將鋼材入坑緩冷，控制鋼材的冷卻速度，可以緩慢緩解鋼中的內應力，有利于鋼中殘余氫的緩慢釋放，從而避免了鋼中白點缺陷的產生。

2　技術方案

2.1理論分析

目前困擾特鋼生產的是在鋼中容易產生白點，白點是特殊鋼鋼材質量缺陷中最可怕、危害最大的一種缺陷，是所有優質碳素結構鋼、合金結構鋼、管坯鋼等高要求特殊鋼標準中，都明確規定不允許存在的缺陷。

目前普遍的觀點認為，鋼中產生白點是由于鋼液中的氫含量過多，在鋼中內應力的共同作用下，白點敏感性鋼在某一溫度范圍內冷卻較快時，過飽和的氫原子脫溶析集到疏松等空隙中合成氫分子氣泡產生巨大壓力，并與鋼相變時產生的局部應力相結合，致使鋼材內部產生細裂紋[2]。目前一般采用的白點防范措施有鋼液進行真空脫氣處理、鋼坯保溫(入坑)緩冷、軋材入坑緩冷或鋼材覆沙緩冷，總的目的都是通過緩慢冷卻，有效避開了鋼材在白點易形成溫度區間(100～300 ℃)的急冷，使鋼中殘余氫得以析出，并釋放鋼中內應力(包括熱應力、組織應力和加工應力)。

根據現場生產實際及RH爐生產能力較低等客觀因素，為防止和消除白點缺陷，降低生產成本，作者突破原外方鋼材不入坑緩冷的工藝理念，建議并積極申報修建、增加緩冷坑，提出并積極調試如45#鋼等碳結鋼和25Mn2，28Mn2，30Mn2，37Mn5等油井管管坯鋼鋼水不過RH爐，采用并優化入坑緩冷工藝。

2.2應對措施及技術方案

對所生產鋼材的鋼種、規格、入坑溫度、入坑時間等進行跟蹤記錄，詳細了解所生產鋼材各個過程的性能指標，為建立相應的入坑緩冷制度提供第一手資料。

根據所制定鋼材入坑緩冷制度，控制鋼材下冷床溫度，嚴格執行鋼材的入坑緩冷時間以確保鋼材的出坑溫度，現行緩冷參數如表1所示,本生產線大規格合金鋼棒材完全杜絕了白點質量缺陷的產生。

表1　緩冷參數

技術說明：

(1)對于軸承鋼等特殊鋼種，各種規格都按照大于Φ210 mm的緩冷揭蓋時間執行。

(2)室溫0 ℃以下時，相應緩冷時間延長4 h。

3　關鍵技術及創新

(1)對白點敏感鋼種采用鋼水不過真空脫氣處理；

(2)制定不同鋼種、不同規格軋材的入坑緩冷制度，包括入坑溫度、在坑時間、出坑溫度等，所制定的入坑緩冷工藝既能使鋼種內應力得到緩解、殘余氫充分擴散，又能提高生產節奏，在保證鋼材質量的同時還能提高生產效率。

(3)創新成果：將鋼水進行RH真空處理工序轉變為對鋼材進行合理入坑保溫、緩冷工序，使鋼材內部的缺陷減少，降低了生產成本，保證了鋼材質量。

4　結　論

(1) RH真空處理技術能有效降低鋼中氫的含量，以達到避免鋼材內部產生白點的目的，但通過采取RH真空處理技術并不能徹底解決白點缺陷。

(2)沒有通過RH真空處理，采用合理的保溫、緩冷工藝也可以生產出沒有“白點”的優特鋼，只要做好緩冷、保溫措施即可。

(3)制定不同鋼種、不同規格的鋼材的合理有效入坑緩冷制度，將鋼材入坑緩冷工序取代鋼液通過RH真空處理技術，能夠充分使鋼中殘余氫得到析出，能充分緩解鋼中的內應力，從而消除和避免了鋼材內部產生白點，不僅提升了鋼材質量與產量，而且大大節約了生產成本。

(4)特鋼企業的軋鋼生產線必須配備與生產能力配套的重要緩冷設備(保溫坑)，是成本最低，最有效的保證質量的重要設備之一。

[1]趙修領，閔凡啟，劉 軍. 轉爐45#鋼內裂分析[J]. 山東冶金.2003,25(3)：46—48．

[2]張馬林, 徐小貝, 陳聯和.大規格圓鋼質量分析和控制[J].湖南冶金.2004,32(2):27—29．

2015-03-28

TF114