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海洋石油开采用钢大方坯连铸工艺
更新时间:2015.11.24 新闻来源:
  系泊链产品主要用于海洋石油开采用浮式生产系统、半潜式钻井平台、单点系泊结构和浮式生产储油轮以及其它海洋开发设施,由于链条长期浸泡在海水中,条件恶劣,因此要求系泊链用钢不仅强度高、韧性好,而且还要求具有耐海水腐蚀、抗疲劳、耐磨损等特性。
由于钢材中Mn含量高,并且必须加人Al作为细化晶粒元素。钢材的过热敏感性、回火脆性增大,连铸坯易发生纵裂。
生产成本高,生产风险大,为使此品种真正应用于大生产并保证产品质量,对成分进行了重新设计,修订了冶炼、加工工艺。通过提高钢材Mn含量、去除贵重合金Ni、加入微量Ti等进行成分优化,加强真空处理降低气体含量、优化连铸配水制度、连铸坯罩冷、钢材缓冷等工艺控制,使连铸R3级系自链成本降低、避免了连铸坯纵裂。
1连铸主要工艺参数
连铸时目标过热度15~30℃,结晶器水量为164m/h(内外弧分别为45m/h,两侧分别为37m/h)。
2产生纵裂的因素
从各化学元素对低温性能的贡献来看,加入Ni或提高Mn含量可提高钢材的淬透性、低温韧性,但由于成本原因,不可能加入Ni来提高钢材的淬透性及低温冲击性能,提高Mn含量伴随而来的是钢材的过热敏感性、回火脆性增大,连铸坯易发生纵裂。因此面临的问题就是如何提高Mn含量而不产生连铸坯纵裂,从而保证生产可行及性能合格。
产生连铸坯纵裂的本质原因是钢的热脆性,是一两相转变和A1N等夹杂物在奥氏体晶界上析出共同作用所引起的。R3要求0.02%以上的酸溶铝,钢中存在A1N夹杂物,A1N在600~800℃析出速度最大,这个温度区间正好与R3冷却时一仪两相区转变临界温度Ar~Ar(675~810℃)范围相一致。当连铸坯表层温度降低到A时,开始奥氏体向铁素体转变,伴随着相变过程,大约有1%的体积膨胀,因而沿奥氏体晶界产生法向应力,引起原始奥氏体晶界上铁素体的内应力集中,此时A1N也开始沿奥氏体晶界析出,使晶界强度弱化。当热应力与组织应力矢量一致时,其总应力(拉应力)超过晶界强度,便会导致铸坯产生裂纹,严重时直接使连铸坯沿纵向裂开。实际生产表明,连铸坯在500~600℃最易出现纵裂。
3成分调整及工艺优化
从连铸坯产生纵裂的原因分析中可以看到,减少钢中A1N的析出和提高出坯温度,可尽量避免连铸坯纵裂的发生,钢种要求0.02%~0.06%的酸溶Al,只有通过减少钢水中与Al反应的才能减少A1N的形成,而TiN的析出温度较A1N高J,加入微量的rri生成TiN先析出,同时通过真空处理降低钢水中的,可以减少A1N的生成;并且Ti的CN化合物通过固溶体中的溶质拖拽作用、在晶界的钉扎作用及在变形晶粒内的位错排列作用,使晶粒细化,在热处理时又克服了Mn促进晶粒长大的副作用,降低含Mn钢材的过热敏感性。
冶炼工艺主要措施有:
(1)  增加铁水热装比到≥60%,减少因废钢带人的及其他有害元素含量;
(2)  EBT留钢留渣操作,P≤0.008%,出钢温度≥1650℃,炉后合金化严格控制,按2.5~3.0的碱度配渣料,保证人LF合金及温度进入要求范围,同时为LF争取更长的精炼时间,使脱S、合金微调、真空有充分的时间保证;
(3)  以RH真空方式为主,在67Pa下保持时间≥15min,降低钢中气体含量,经检验基本控制在80x10以下,控制在15X10以下;
(4)  全程氩气保护连铸,在保证连铸顺行的前提下降低二冷段配水,改5段配水为3段,提高连铸坯出坯温度,并及时收集,连铸坯用缓冷罩缓冷48h,保证铸坯在450~650℃缓慢冷却。
轧制工艺主要措施有:
(1)  连铸坯炉尾进炉温度~<800℃,均热段炉温(1260±10)℃,加热总时间I>4.5h;保证铸坯加热均匀及温度均匀;
(2)  钢材及时收集,收集温度>600℃,并进行红装退火或先入缓冷坑缓冷后再退火。
4结束语
 (1)  通过加入微量Ti使TiN较A1N提前析出,并加强真空降低使A1N析出减少,加强保温措施,避免了R3级系泊链钢连铸坯发生纵裂。
(2)  通过提高Mn含量,取消贵重合金,既降低了钢材成本,同时又能保证大规格R3级系泊链钢材的性能稳定并符合标准要求
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