曹利 王明元 張守平 韓倫杰 張慶路
（黑龍江建龍鋼鐵有限公司煉鋼廠 黑龍江 雙鴨山155100）
摘要：黑龍江建龍鋼鐵有限公司生產(chǎn)N80級(jí)油井管，采用原料是提釩以后的半鋼+廢鋼，用鋁還原片釩（V2O5）增釩的工藝，導(dǎo)致了部分爐次鋼水氧化性高；形成批量的鋼管內(nèi)、外折缺陷。采用復(fù)合的高效脫氧劑和控制Ca/Als，明顯減少穿管后的廢品量。
關(guān)鍵詞：N80；半鋼；Ca/Als
0 前言
在我國(guó)石油工業(yè)中，石油管材中占比例最大的是石油套管， J55, N80級(jí)占80%左右，其中N80級(jí)油井管用量占50%以上。目前，N80級(jí)石油套管材質(zhì)主要是含V類微合金化非調(diào)質(zhì)鋼，鋼管不需要調(diào)質(zhì)即可達(dá)到要求的性能，從而降低了鋼管制造成本。
黑龍江建龍鋼鐵有限公司（以下簡(jiǎn)稱黑龍江建龍）自生產(chǎn)本鋼種以來，2019年11月出現(xiàn)了批量的內(nèi)折和外折，合格率91.2%。為此，對(duì)缺陷進(jìn)行了分析，針對(duì)性地提出解決方案，對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)，最終生產(chǎn)出了合格率達(dá)96.8%的鋼管。
1、缺陷分析
1.1 鋼管內(nèi)折
對(duì)部分鋼管內(nèi)折、鼓包質(zhì)量缺陷（見圖1）進(jìn)行分析。
圖1 鋼管內(nèi)折、鼓包缺陷 圖2內(nèi)折能譜定性分析
缺陷處夾雜物進(jìn)行能譜分析，夾雜物主要成分為鋁酸鈣并含有一定的鈉見圖2。
1.2 鋼管外折
鋼管外折實(shí)物圖片見圖3。
圖3 鋼管外折實(shí)圖 圖 4 外折能譜定性分析
圖4表明，夾雜物主要是鋁酸鹽類復(fù)合夾雜物。
2、夾雜物的來源
2.1 內(nèi)生夾雜
由于黑龍江建龍?jiān)鲜翘徕C以后的半鋼+廢鋼，采用鋁還原片釩（V2O5）增釩，導(dǎo)致了部分爐次鋼水氧化性高。表1為轉(zhuǎn)爐出鋼后，吹氬站鋼水的化學(xué)成分。
表1 氬后化學(xué)成分/%
|
序號(hào) |
爐號(hào) |
鋼種 |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Al |
Als |
|
1 |
01F868 |
33Mn2V |
0.18 |
0.365 |
1.488 |
0.013 |
0.0364 |
0.014 |
0.012 |
|
2 |
01F869 |
33Mn2V |
0.182 |
0.403 |
1.572 |
0.012 |
0.0373 |
0.074 |
0.071 |
|
3 |
01F872 |
33Mn2V |
0.223 |
0.386 |
1.53 |
0.022 |
0.0411 |
0.031 |
0.029 |
|
4 |
02G749 |
33Mn2V |
0.187 |
0.285 |
1.325 |
0.014 |
0.0317 |
0.011 |
0.002 |
|
5 |
02G754 |
33Mn2V |
0.202 |
0.323 |
1.264 |
0.011 |
0.0361 |
0.008 |
0.002 |
|
6 |
02G755 |
33Mn2V |
0.221 |
0.328 |
1.297 |
0.018 |
0.031 |
0.013 |
0.011 |
鋼水氧含量高，導(dǎo)致LF精煉在有限時(shí)間不能做到白渣精煉，脫氧不充分，與喂入的Al線結(jié)合，生成Al2O3，殘留于鋼中，形成了夾雜物。
精煉終渣檢驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。
表2 終渣檢驗(yàn)數(shù)據(jù)
|
檢驗(yàn)樣號(hào) |
SiO2% |
CaO% |
MgO% |
S% |
P2O5% |
Al2O3% |
MnO% |
堿度R |
FeO% |
牌號(hào) |
|
01F868 |
11.13 |
45.29 |
12.15 |
0.552 |
0.02 |
18.23 |
0.35 |
4.07 |
1.14 |
33Mn2V |
|
02G749 |
11.18 |
44.9 |
13.24 |
0.542 |
0.02 |
17.92 |
0.37 |
4.01 |
1.18 |
33Mn2V |
|
01F869 |
11.17 |
46.01 |
12.47 |
0.558 |
0.02 |
18.54 |
0.35 |
4.12 |
1.06 |
33Mn2V |
|
01F872 |
10.52 |
48.39 |
6.82 |
0.558 |
0.02 |
19.13 |
0.31 |
4.6 |
1.08 |
33Mn2V |
|
02G754 |
11.82 |
47.7 |
6.78 |
0.6 |
0.02 |
18.41 |
0.34 |
4.04 |
1.07 |
33Mn2V |
終渣FeO偏高，不利于吸附夾雜物。
2.2 外來夾雜物
主要來源主要是部分浸入式水口插入較淺60mm左右，導(dǎo)致卷渣；Ca/Als較高（≥0.08），水口耐材被侵蝕嚴(yán)重，個(gè)別的存在水口渣線穿孔。
圖5工藝改進(jìn)前水口插入深度及侵蝕狀況
3、采取的工藝改進(jìn)措施
3.1 加強(qiáng)轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)的脫氧
使用高效脫氧劑替代部分鋁錠脫氧，加強(qiáng)轉(zhuǎn)爐爐后鋼包鋼水的脫氧；保證到LF的鋼包頂渣為黃白渣。
高效脫氧劑成分見表3。
表3 高效脫氧劑化學(xué)成分/%
|
元素名稱 |
Si |
Al |
Ca |
Mg |
|
含量（%） |
35-40 |
6-12 |
9-12 |
3-6 |
用Si還原五氧化二釩合金化的熱力學(xué)條件：
2/5 V2O5+Si=4/5V+SiO2
Δ△G0=-50995
高效脫氧劑通過適當(dāng)調(diào)整Si、Ca、Al、Mg元素比例，在煉鋼溫度下，復(fù)合脫氧的產(chǎn)物是低熔點(diǎn)的。此液態(tài)夾雜物的聚合長(zhǎng)大相對(duì)于固態(tài)脫氧產(chǎn)物而言容易得多，便于上?。涣硪环矫?，即使脫氧產(chǎn)物上浮排除不充分，殘留在鋼中的夾雜也是球狀?yuàn)A雜，此夾雜對(duì)鋼材的性能影響比較小，降低了單純Al脫氧的鏈狀A(yù)l2O3夾雜的危害。
經(jīng)過精煉造渣擴(kuò)散脫氧，精煉終渣FeO平均值0.72%，詳細(xì)見表4。
表4 終渣檢驗(yàn)數(shù)據(jù)
|
樣號(hào) |
SiO2% |
CaO% |
MgO% |
S% |
P2O5% |
Al2O3% |
MnO% |
堿度R |
FeO% |
|
91L047 |
10.47 |
52.99 |
5.2 |
0.513 |
0.03 |
17.64 |
0.28 |
5.06 |
0.87 |
|
91L048 |
9.21 |
51.16 |
4.98 |
0.636 |
0.02 |
19.8 |
0.24 |
5.56 |
0.64 |
|
91L049 |
9.65 |
49.89 |
5.02 |
0.79 |
0.02 |
20.1 |
0.29 |
5.17 |
0.87 |
|
91L050 |
9.38 |
51.36 |
5.13 |
0.659 |
0.02 |
20.05 |
0.23 |
5.47 |
0.63 |
|
91L051 |
8.81 |
48.62 |
4.06 |
0.708 |
0.02 |
21.95 |
0.27 |
5.52 |
0.61 |
3.2 連鑄卷渣及耐材侵蝕控制
3.2.1 連鑄中間包內(nèi)裝浸入式水口插入深度調(diào)整為90～130m。
3.2.2 Ca/Als含量調(diào)整
原工藝鋼中的Ca/Als含量為0.095，優(yōu)化工藝使其不大于0.075，減少Ca對(duì)鋁碳質(zhì)浸入式水口的侵蝕，鋼管內(nèi)折比例由2.5%下降到0.2%，廢品11.963t減少到0.195t。
圖6工藝改進(jìn)后水口插入深度及侵蝕狀況
4、結(jié)論
（1）采用高效復(fù)合脫氧劑，能夠有效地快速去除鋼包中的[O]，且能形成低熔點(diǎn)的夾雜物，保證精煉爐脫氧后，終渣(FeO)＜0.9%。
（2）經(jīng)過降低Ca/Als的量，降低了對(duì)耐材的侵蝕程度，明顯減少了廢品的重量。
（3）工藝優(yōu)化后，鋼管的內(nèi)外折數(shù)量減少，合格率由91.2%提高至96.8%。