儲氣罐支架用熱軋型鋼開發(fā)與生產(chǎn)實踐

楊王輝， 李 萍

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司， 山東 萊蕪 271104）

儲氣罐作為大容積、承壓容器，常年在壓力等條件下運行，不可避免的出現(xiàn)老化等缺陷，造成介質(zhì)泄露，導(dǎo)致嚴重的經(jīng)濟損失和環(huán)境生態(tài)污染[1-2]。1997年北京東方化工廠“627”事故由于儲氣罐泄露引起爆炸，造成8人死亡，燃燒區(qū)域達到6萬m2，損失嚴重。為了提高儲氣罐的安全性和穩(wěn)定性，大型儲氣罐通常會采用型鋼作為支架進行加強。儲氣罐支架用型鋼是山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司（以下簡稱萊鋼）針對該領(lǐng)域用型鋼的定制化產(chǎn)品，通過本項目的完成能擴大萊鋼產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，豐富萊鋼型鋼的產(chǎn)品種類。

1 產(chǎn)品要求

為保證型鋼與儲氣罐罐體鋼板的匹配性，減少后期施工難度，使用方要求采用定制型鋼，化學成分、產(chǎn)品規(guī)格和尺寸偏差要求符合不同標準。本產(chǎn)品材質(zhì)要求符合美標ASTM A36標準，其中熔煉分析中w（Mn）要求在 0.8%~1.2%之間，w（C）小于 0.20%，w（B）大于0.0008%，碳當量小于0.42%；型鋼的截面圖示及標注符號見圖1，規(guī)格為歐標規(guī)格，截面尺寸如表1所示；尺寸偏差如表2所示，執(zhí)行美標ASTM A6標準的要求；同時要求表面不得有影響使用的裂紋、氣泡、結(jié)疤、折疊和夾雜等對使用有害的缺陷。

圖1 型鋼截面圖

表1 截面尺寸

表2 尺寸偏差

2 生產(chǎn)試制

2.1 技術(shù)難點

硼作為合金元素加入鋼中時，高溫硼是異常活潑的，能與鋼種的（C、N、O、S、P）以及鐵基體形成各種類型化合物，這些化合物性質(zhì)各異，從不同角度影響鋼的各種性能。另外B作為表面活性元素，固溶態(tài)的硼吸附在奧氏體晶界上，延緩γ→α轉(zhuǎn)變的作用，其在奧氏體晶界的偏聚阻礙鐵素體的形核而有利于貝氏體的形成，造成鐵素體顆粒增大。根據(jù)萊鋼目前生產(chǎn)狀況，主要有以下難點：

1）由于脫氧工藝與生產(chǎn)節(jié)奏的制約，B在鋼中的分布均勻性差，回收率不穩(wěn)定。

2）鑄坯質(zhì)量控制技術(shù)有待研究，厚板產(chǎn)品含B鋼曾經(jīng)出現(xiàn)過嚴重的邊角裂紋，大型H型鋼生產(chǎn)線使用異型坯，產(chǎn)生鑄坯表面裂紋的風險較大。

3）由于連鑄坯本身存在產(chǎn)生缺陷的風險，軋材性能可控難度大。

4）軋材為歐標規(guī)格，美標尺寸偏差，軋制工藝控制精度要求高。

2.2 工藝流程

儲氣罐支架用型鋼在萊鋼型鋼廠大型H型鋼生產(chǎn)線進行，生產(chǎn)工藝流程如下。

鐵水預(yù)處理—120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉—LF精煉—異形坯連鑄機—稱質(zhì)測量—加熱—除磷—開坯—萬能往復(fù)連軋—分段/取樣/切尾—冷卻—矯直—成排收集—定尺鋸切—檢查—碼垛—包裝/標識—收集—入庫—發(fā)貨。

2.3 煉鋼工藝設(shè)計要點

1）轉(zhuǎn)爐冶煉操作過程中，爐渣堿度控制在2.8~3.5，同時適當增加渣量和強化爐內(nèi)反應(yīng)條件控制強化脫硫、脫磷，降低鋼水硫磷含量。

2）減少鋼中氧含量，加強鋼包脫氧，增加硅錳合金的用量，盡量脫除鋼中氧。合金在鋼水出至1/4時開始均勻加入，鋼水出至3/4時加完，合金對準鋼流沖擊區(qū)加入。

3）轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，加強雙擋渣出鋼工藝，采用擋渣塞和擋渣錐分別擋住轉(zhuǎn)爐的一次和二次渣，減少下渣量。

4）LF精煉過程中用碳化鈣、碳化硅等調(diào)整爐渣，精煉軟吹氬之前喂鈣線80 m/爐，精煉時間不低于45 min，并且保證精煉軟吹氬大于12 min。

2.4 連鑄工藝設(shè)計要點

1）低過熱度澆鑄可改善中心偏析，控制連鑄坯內(nèi)部等軸晶和柱狀晶的比例，為提高連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，過熱度控制在20～25℃以內(nèi)。

2）二冷采用弱冷，結(jié)晶器采用非正弦振動，液相線溫度為 1508～1520℃，拉速為 0.7～1.0 m/min。減少鑄坯溫度梯度，減少熱應(yīng)力，提高連鑄坯質(zhì)量。

3）中間包采用低碳堿性覆蓋劑，加入量1.0~1.5 kg/t鋼。

4）鑄坯表面缺陷檢查。確保無可視超標缺陷，表面無裂紋，不得有肉眼可見的氣孔、內(nèi)裂、縮孔和鼓肚等缺陷。

2.5 軋制工藝設(shè)計要點

1）加熱爐加熱段溫度控制在1200～1280℃，均熱段溫度控制在1230～1280℃，加熱時間控制在100 min左右。

2）采用高壓水除鱗，噴嘴工作壓力28 MPa，爐生氧化鐵皮需清理干凈，以保證軋件表面質(zhì)量和便于開坯軋機的咬入。

3）開坯軋機開軋溫度不得低于1150℃，在萬能連軋機組的開軋溫度應(yīng)不低于950℃，終軋后軋件溫度應(yīng)不低于880℃。

4）在軋制負荷允許的情況下，盡量增大立輥的軋制負荷，末道次立輥壓下率不得小于10%，其余道次不得小于15%。

5）低溫矯直，矯直前溫度低于120℃以下，進一步提高產(chǎn)品的外形尺寸精度。

3 實物質(zhì)量分析

3.1 硼回收率

鋼水中全硼含量和回收率波動較小，B的回收率平均值為60%，但與板帶鋼回收率90%左右相比，依然有一定差距，回收率出現(xiàn)小范圍波動的原因可能是：板帶鋼使用鋁脫氧，鋼水中最終的溶解氧較低，加入的硼回收率較高，H型鋼使用硅脫氧，鋼水中溶解氧較高，回收率較低；白渣形成后，鋼中溶解氧不完全相等，加入硼后，有部分硼因為與氧結(jié)合聚合形成大顆粒夾雜上浮。

3.2 成分與力學性能

根據(jù)上述工藝設(shè)計要點批量生產(chǎn)了儲氣罐支架用熱軋型鋼，化學成分及力學性能分別如表3、表4所示。通過對比可知，實物中碳、硅、錳成分控制范圍較窄，磷和硫元素的控制含量遠遠好于用戶要求，產(chǎn)品實物各項力學性能指標均達到用戶要求。

表3 化學成分 %

表4 力學性能

3.3 金相組織

對熱軋型鋼進行金相分析，如圖1所示，基體為鐵素體+珠光體，組織大小不均，局部有混晶組織，晶粒度在7.5~9.0級，并且?guī)罱M織明顯，在2.0級左右。鋼中夾雜物含量低，發(fā)現(xiàn)少量A類硫化物夾雜和C類硅酸鹽夾雜，均為0.5級，煉鋼過程控制較好。

圖1 金相組織200×

3.4 尺寸偏差與表面質(zhì)量

軋制過程中嚴格控制尺寸偏差，產(chǎn)品均滿足ASTM A6標準的要求。型鋼表面質(zhì)量良好，沒有影響使用的裂紋、氣泡、結(jié)疤、折疊和夾雜等缺陷。

4 結(jié)語

2018年以來，萊鋼成功開發(fā)出儲氣罐支架用熱軋型鋼并實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，先后完成2000余t合格產(chǎn)品生產(chǎn)，產(chǎn)品成分、性能、尺寸偏差、表面質(zhì)量等均滿足用戶要求，并成功應(yīng)用于伊朗國家天然氣處理園區(qū)工程。