管线钢生产状况PPT课件.ppt

国内管线钢的生产现状 1 一 管线钢的市场景象 管道输送是长距离输送石油 天然气最经济 合理的运输方式 目前 全世界石油 天然气管线总长已超过230 104 并以每年4 5 104 的速度增长 我国自1958年第一条长距离输油管道建成以来 经过几十年的努力 到1996年建成投运的输送原油 天然气 成品油管线总长达21408 随着20世纪90年代西部石油 天然气勘探开发的巨大发展 库尔勒 鄯善 靖边 北京输气管道以及宝鸡 彭州输油管道等多条管道建设 从1997 2000年建设的输油管线长为1273 中哈 中俄输油管线 中俄输气管线等多条跨国管道建设 油气输送管道有10000 20000 的建设任务 因此 21世纪初我国管道建设将出现一个新的高潮 这对我国的冶金行业和制管行业的发展提供了机遇和挑战 当今石油 天然气行业的发展迅速 随着石油 天然气开采量的增加 对管线钢的需求量也日益增多 对钢材质量要求更为严格 这将是钢铁行业的一个新的挑战 通过对我国石油管线钢的市场分析 由此可见管线钢的市场前景可观 有很大的发展空间 2 二 管线钢的性能要求 1 高强度为了提高输送效率 对大型油 气田的输送和管线设计而言 倾向于提高工作压力和输送管径 因此 对管线钢的强度要求越来越高 目前 管线钢的强度已由最初的 s 289MPa X42 提高到 s 482MPa X70 s 551MPa X80 而X100也在开发之中 管线钢的强度包括拉伸强度 b 和屈服强度 s 强度随材料成分的不同变化很大 而处理状态不同 强度变化也很大 一般来说 钢的屈服强度增加其塑性 冲击功等将减少 因此 促使人们通过固溶强化 晶粒细化等强化手段来使管线钢达到要求的性能 2 高韧性韧性是管线钢的重要性能之一 它包括冲击韧性 断裂韧性等 由于韧性的提高受到强度的制约 因此管线钢生产常常采用晶粒细化这种唯一既可提高强度又能提高韧性的强韧化手段 另外 夹杂物对管线钢的韧性具有严重的危害性 因此 降低钢中有害元素含量并进行夹杂物变性处理是提高韧性的有效手段 3 3 良好的焊接性钢的焊接性是指材料对焊接加工的适应性 即在一定的焊接条件下获得优质焊接接头的难易程度 它包括结合性能 即在焊接加工时金属形成完整的焊接接头的能力 和使用性能 即已焊接成的焊接接头在使用条件下安全运行的能力 改善高强度钢焊接性的措施是多方面的 首先 钢的化学成分对高强度钢的焊接性有直接的重大影响 提高焊接性能的有效措施是降低C P S含量和选择适当的合金元素 其次 适当控制Ti Al等的氮化物和Ti的氧化物对降低淬硬性和防止冷裂纹及提高韧性也有好处 加Ca Re等对防止冷裂纹和层状撕裂及提高韧性也有效果 4 抗氢致裂纹 HIC 和应力腐蚀断裂 SCC 在输送富含H2S气体的管线内易发生电化学反应而从阴极析出氢原子 氢原子在H2S的催化下进入钢中导致管线钢出现两种类型的开裂 即氢致裂纹 HIC 硫化物应力腐蚀开裂 SCC 4 氢致裂纹的防止措施如表1 1所示 5 三 管线钢的化学成分 6 四 管线钢的生产工艺要点 1 冶炼X65 X70级管线钢生产中 首先要进行铁水预处理 铁水预处理是获得低硫管线钢的经济的冶金方法 主要是脱硫操作 转炉冶炼时 顶底复吹少渣冶炼 脱碳升温 使钢中夹杂充分上浮 以Si Fe Mn Fe Ca Si添加的顺序调整成分和最终脱氧 目前在LD转炉中将顶吹和底部搅拌结合起来可以获得低碳和低磷管线钢 采用这种方法可使碳含量达到0 02 0 03 磷含量降至70 10 6 7 2 精炼钢包精炼过程主要涉及到氩或电磁搅伴 真空处理和喷吹处理 钢包精炼除了通过RH真空装置和TN法进行合金成分微调外 还进行杂质元素 气体含量以及氧化物 硫化物形态的精确控制 LF炉精炼使钢水脱硫 控制钢水中磷 硫的含量达到规定的目标 也可以LF RH精炼 控制钢水中磷 硫的含量 同时降低氮 氧含量 脱氧和脱硫是互相关联的 因为只有低的氧含量才能将硫脱到低的水平 精炼的应用可生产出碳含量在0 002 0 003 杂质含量达到 0 001 S 0 003 P 0 003 N 2 3ppm O 和 1ppm H 的洁净钢 管线钢的精炼工序必不可少 低硫工艺路线是管线钢生产的关键 夹杂物变态处理 钙处理或稀土处理 对提高横向韧性和抗氢诱裂纹腐蚀起决定性的作用 故管线钢生产 应根据不同的成分规范和钢材品种 选用合适的精炼条件的组合 尤要防止钢水二次氧化和连铸过程产生各种缺陷 8 我们都知道管线钢有个显著的要求就是S的含量要求低 属于超低硫钢 目前在武钢和宝钢都采用的是LF VD的方法来处理 我们也可以采用RH的各种真空精炼的方法 采用RH真空处理设备主要完成对钢水的脱氢 脱氮 脱硫 合金微调 促使夹杂物聚集上浮等功能 处理后 钢水中H可降到2ppm S可降到10ppm N可降到90ppm LF钢包精炼对我们来说已经很成熟了 应用的也比较多 就不在介绍了 下面来看看RH真空精炼方法以及其所具有的功能适合冶炼什么样的钢种 9 2 1管线钢的精炼处理 1 真空脱气精炼设备和工艺技术真空处理设备与LF相匹配的钢包脱气 VD 装置 主要完成对钢水的脱氢 脱氮 由C O反应去除 脱硫 合金微调 促使夹杂物聚集上浮等功能 与传统的RH法相比 VD法有充分的渣 金反应 可以对钢水进行深脱硫 经VD处理后钢水的脱硫效率可以达到40 左右 2 钢水的渣精炼及再加热设备工艺技术钢包炉 LF 处理装置与相应容量的转炉相应 主要完成钢水的加热升温 脱氧 脱硫 促使夹杂物上浮去除 合金成分调整等任务 在冶炼和连铸间起缓冲作用 LF与其它精炼的区别在于LF具有很强的渣精炼功能 渣精炼可以实现扩散脱氧 脱硫以及吸附钢水中的夹杂物 由于底吹氩的搅拌作用及电弧的加热形成局部高温 使LF的渣金反应具有很好的动力学条件 LF通常采用埋弧加热 可以保护钢包内衬 减少耐火材料消耗 减少电极消耗和电耗 LF的造渣制度 精炼基础渣和精炼埋弧渣 是完成LF冶金功能的关键技术 合理的造渣制度既能很好地完成脱氧 脱硫等冶金功能 又能实现LF的全程埋弧操作 目前宝钢经过LF处理的钢水 脱硫效率可以达到60 80 甚至更高 超低硫钢中硫含量可以达到10 10 6以下 钢水的全氧含量可以达到15 25 10 6 钢包炉处理过程会造成钢水增碳 增氮 增氢等 宝钢的LF处理过程的增氮量在10 10 6左右 15 10 6甚至更高 故冶炼质量要求高的钢种时 在LF处理结束时 要对钢水进行真空处理 通常采取LF VD处理的工艺路线 10 11 RH顶吹喷粉技术 近年来 随着钢材市场供大于求局面的形成 各个钢厂被迫在品种结构的优化上大做文章 各种对钢中硫含量要求越来越低的专用钢种的产量也越来越高 像本设计中的管线钢 由于转炉受原材料等条件的影响 要保证出钢终点十分低的硫含量 S 0 003 非常困难 因此有必要再次对钢水进行脱硫 RH真空处理时具备了喷粉脱硫的条件 经过武钢二炼钢厂的自行研究 开发出RH WPB真空喷粉脱硫工艺并广泛应用于生产 12 RH真空喷粉 由于使用的是粉剂 所以脱硫效率较真空投入法高 RH真空喷粉有两种形式 即顶枪吹入法 真空室底部侧吹入法 其主要特点分别如下 1 顶枪吹入法不用增设喷枪的费用 而是直接利用顶吹氧枪喷吹粉剂 钢液 粉料反应时间短 耐火材料损伤小 能够利用顶枪调整钢液温度 2 真空室底部侧吹入法脱硫反应率高 吹入部位耐火材料易损坏RH真空喷粉设备一般由以下几部分组成 喷枪 喷吹罐 储料罐 输送管道及相应的电气控制系统 13 RH喷粉系统设备示意图见图1 2 汽车装不同粉体输送至ST1或ST2贮存罐 进入提升罐 BF3布袋除尘器 喷吹罐 喷枪 进入钢液 14 3 连铸连铸是目前管线钢生产广泛采用的一项新技术 连铸可提高热轧成材率10 降低成本8 而且生产率高 易于进行生产连续化和自动化的控制 连铸的成功经验和自动化的控制 连铸的成功经验是低的过热度 全程保护浇注和二次冷却 采用电磁搅拌 可以得到均匀的等轴的凝固区 在管线钢连铸生产中 如何防止大颗粒夹杂物 成分偏析 表面和内部裂纹 是目前提高材质的首要环节 防止钢水从钢包到中间包以及中间包到结晶器的二次氧化非常重要 一般采用氩气保护 中间包净化技术 此外 连铸坯在1300 以上时 应避免快速喷水冷却 以免产生表面裂纹 同时 连铸过程中采用电磁搅拌 轻压下技术以及防止液相穴内富集溶质母液的流动等技术对降低合金元素偏析有很大作用 15 改善连铸坯的成分偏析 提高管线钢的止裂性能和抗硫化氢腐蚀性能 近年来 我国在高强度管线钢生产中采取了低碳 0 06 超低硫 0 002 钙处理以及低的板卷卷取温度等工艺进的 强有力的控制冷却手段来调整铁素体晶粒尺寸 贝氏体类型及其比例 碳氮化物析出相的数量和粒度分布 管线钢通常都要求采用含Nb的微合金钢 在再结晶控轧的基础上 应变诱导相变和析出的未再结晶控轧 以及 两相区形变 已成为目前管线钢生产的主要发展方向 控制轧制可显著提高低碳微合金钢的强韧性 尽管两相区轧制可达到较高的强度水平 而最优的韧性还必须通过 未再结晶