高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施方式涉及冶金领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种适用于-195°C超低温用无缝钢管高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济的高速发展，国内石油、化工等能源行业需要大量低温用钢来制造 各种液化石油气、液氨、液氧、液氮的生产及存储设备。根据我国"十二五"规划，未来五年将 优化石化能源的发展，加快油气资源的开发。这将给低温服役条件下能源生产及存储设备 制造行业提供广阔的市场及发展机遇，同时也会促进耐低温材料的发展。由于低温管要求 产品不仅具有高的强度，而且还要具备高的低温韧性，因此低温管对钢质纯净度要求很高， 而且随着温度的降低对钢的纯净度要求更高。
[0003] 目前生产的-196°c超低温钢都是用于板材生产，CN104674110发明专利提出一种 压力容器用低温钢板及其生产方法，钢的制造方法采用真空冶炼-浇铸-锻压成坯-乳制 板材;CN103498100发明专利提出一种可用于-196°C的低Ni高Μη经济型低温钢及其制造方 法，钢的制造方法采用铁水深脱S-转炉-LF-RH-浇注板坯-乳制板材;CN102586683发 明专利提出Ni系低温钢及制造方法、液化天然气储罐和运输船用船体，钢的制造方法采用 高温低Si铁水-预处理脱S-转炉或电炉-LF-RH/VD-浇注板坯-乳制板材。
[0004] 以上这些方法都是将冶炼的钢水浇铸成板坯，板坯可采用轻压下技术，改善铸坯 内部质量，而且板坯周长比圆坯长，表面积大，不容易形成应力集中。但是板坯不能直接用 于乳管，必须使用连铸圆坯或者乳制圆坯、锻造圆坯才能乳制无缝钢管，乳制圆坯受乳机的 乳制能力影响，通常只能乳制φ280以下的圆坯。无论是乳制圆坯，还是锻造圆坯，其生产圆 坯的成材率低，成本高，周期长，市场竞争力差，导致浪费资源。
[0005] 连铸圆坯是生产无缝钢管的主要管坯，常规品种是碳素钢、低合金钢和合金结构 钢，合金元素少，对连铸机设备和二冷水制度要求不高。用于_195°C超低温无缝钢管钢Gr. 8 碳含量低，镍含量高，与圆坯连铸常用的品种如碳素钢、低合金钢和合金结构钢生产完全不 同。由于镍对钢的导热和导电性能有强烈的影响，因此含镍钢种一般枝状组织比较严重，连 铸工艺、电磁搅拌使用不当将无法消除铸坯枝状组织，同时还会产生严重的裂纹或缩孔缺 陷，即使通过锻制加工也不容易消除带状组织，带状组织严重影响低温冲击韧性。因此常规 的连铸工艺不能解决高镍钢连铸坯枝状组织、裂纹和缩孔的难题，必须进行专门的研究。
【发明内容】
[0006] 本发明克服了现有技术的不足，提供一种高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法，以期 望通过控制钢水条件、连铸二冷制度与浇铸温度、浇铸速度、电磁搅拌参数，达到消除连铸 坯枝状组织、铸坯裂纹和缩孔缺陷的目的。
[0007] 为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：
[0008] -种高镍钢Gr. 8连铸圆坯的生产方法，包括以下步骤：
[0009] 先将原料经电弧炉冶炼、LF精炼和VD真空处理，获得精炼的高镍钢Gr. 8的钢水；
[0010] 将所述钢水用连铸机浇铸铸坯，获得连铸圆坯，浇铸过程中需满足以下条件：
[0011] 控制其过热度为10~20°C，浇注速度为0.42~1.33m/min;连铸二冷区的比水量为 0.14~0.33L/kg，连铸二冷区分为5段，均采用气雾冷却，各段水量占有的质量比例分别为： 第一段32%~34%，第二段17%~19%，第三段20%~22%，第四段15%~17%，第五段 12%~14% ;
[0012] 在连铸结晶器和凝固末端均采用电磁搅拌，连铸结晶器的电磁搅拌电流为100~ 200A，频率为2~2.5Hz，凝固末端的电磁搅拌电流为300~400A，频率为3~5Hz。
[0013]上述高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法中，所述原料是质量比为100:25~30的废钢 和生铁的混合物，所述废钢的化学成分以质量含量计满足：C 0.04%~0.50%，P< 0.030%，S < 0.025%，余量为Fe。
[0014] 上述高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法中，所述高镍钢Gr.8的钢水的化学成分以质 量含量计可以是：C 0.05% ~0.08%、Si 0.16% ~0·27%、Μη 0.75% ~0·88%、Ρ< 0.006%、S<0.003%、Ni 8.5%~8·9%、Α1 0.02%~0.04%、Mo<0.02%、V<0.01%、Ti < 0.01 %、B< 0.0005%，余量为Fe。
[0015] 上述高镍钢Gr. 8连铸圆坯的生产方法中，所述连铸圆坯的直径为φ220~ q>388m'm。
[0016] 上述高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法中，所述连铸机为三机三流圆坯连铸机，其 连铸钢包、中间包和连铸结晶器全程加保护套管隔绝空气，钢包与保护套管连接处采用氩 气保护，连铸结晶器用浸入式水口。
[0017] 上述高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法中，所述连铸结晶器使用低碳保护渣和低碳 双层中间包覆盖剂，结晶器长度为800mm。所述低碳保护渣是C8.5 %~15.5%、Si0225.0% ~35.0%、CaO 26.5%~36.5%、Α12〇33.0%~9.0%的保护渣，低碳双层中间包覆盖剂是指 碳含量< 2%、CaO 2 45%、Si02 < 8.0%、Al2〇3 2 35%的双层中间包覆盖剂。
[0018] 上述高镍钢Gr.8连铸圆坯的生产方法中，电弧炉优选使用超高功率电弧炉。
[0019] 优选的，超高功率电弧炉为70吨高阻抗超高功率电弧炉。
[0020]下面对本发明的技术方案进行进一步的说明。
[0021]本发明制备的高镍钢Gr. 8属于高镍钢，其液相线温度约为1484°C、固相线温度约 为1448°C，而且高镍钢Gr.8的碳含量低，凝固收缩大，合金元素 Ni高，钢的导热性差，铸坯枝 状组织发达，铸坯凝固补缩不好，尤其是铸坯断面越大，补缩效果越差，铸坯中心容易形成 缩孔。另外，合金元素含量高，钢液凝固时铸坯断面收缩大，已凝固铸坯不能承受钢液凝固 收缩应力，铸坯就容易产生中心裂纹和表面裂纹。改善铸坯缩孔和裂纹形成条件必须从钢 水过热度、铸坯冷却、浇铸速度着手，避免应力的集中释放，形成铸坯缩孔、中心裂纹和表面 裂纹。
[0022]本发明采用高阻抗超高功率电弧炉冶炼初炼钢水，去除钢中的磷及气体含量，确 保钢水终点碳，防止钢水被过氧化;LF钢包精炼提高钢质纯净度，调整钢水合金元素含量达 到标准要求;VD真空处理去气、去夹杂物;连铸控制钢水的过热度为10~20°C，连铸速度为 0.42~1.33m/min，比水量为0.14~0.33L/kg，二冷区分5段气雾冷却，各段水量(质量)百分 比分别为:第一段水量占32~34%、第二段水量占17~19%、第三段水量占20~22%、第四 段水量占15~17 %、第五段水量占12~14%。使钢水过热度小，铸坯温度均匀，各段之间铸 坯表面回温小，避免铸坯热应力增加和铸坯温度反复变化而发生多次相变，导致铸坯枝状 组织发达，产生缩孔和裂纹缺陷。
[0023] 连铸结晶器电磁搅拌电流100~200A、频率2~2.5Hz，凝固末端电磁搅拌电流300 ~400A、频率3~5Hz，改善铸坯凝固组织结构。如果连铸结晶器电磁搅拌电流大于200A、频 率大于2.5Hz，铸坯直径的1/4与3/4点会出现严重的碳正偏析，影响产品的低温冲击韧性； 如果连铸结晶器电磁搅拌电流小于100A、频率小于2Hz，不能发挥电磁搅拌的作用，不能提 高铸坯表面质量和钢质纯净度。如果凝固末端电磁搅拌电流大于400A、频率大于5Hz，在铸 坯直径1/4~3/4之间会形成白亮带，即碳的负偏析，影响产品的力学性能;如果凝固末端电 磁搅拌电流小于300A、频率小于3Hz，电磁力搅不动铸坯中心未凝固的钢液，不能改善铸坯 中心的微观偏析，影响产品的组织均匀性。
[0024] 连铸二冷水的作用是将从结晶器拉出来的带有液心的铸坯，在二次冷却区接受气 雾冷却，促使铸坯快速完全凝固，随着铸坯壳厚度的增加，导热速度减慢，二次冷却制度必 须设计为均匀降低铸坯温度，避免铸坯表面温度急剧变化，导致铸坯产生裂纹缺陷。
[0025] 与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明控制连铸中间包钢水过热度，连铸 二冷区采用多段气雾冷却，并对各段冷却水量进行合理匹配，减少铸坯表面回温和铸坯表 面温度梯度，提高铸坯拉矫前温度，防止铸坯热应力增加和铸坯表面温度反复变化，使铸坯 组织发生多次相变，导致铸坯枝状组织发达、铸坯产生裂纹、缩孔缺陷，；本发明控制结晶器 电磁搅拌和凝固末端电磁搅拌的电流、频率，并进行了合理匹配，提高连铸坯的内部质量， 改善了铸坯的凝固组织，生产的连铸圆坯质量满足乳管要求，可直接用于乳制无缝钢管，缩 短了生产周期，降低了成本，增强了产品市场竞争力。
【具体实施方式】
[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0027] Gr. 8生产工艺流程:原料-70吨高阻抗超高功率电弧炉-LF精炼炉-VD真空处理 -圆坯连铸-铸坯缓冷-铸坯表面清理-铸坯乳管。
[0028] 实施例1
[0029] 70吨高阻抗超高功率电弧炉采用