轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)P110級(jí)高抗擠毀石油套管鋼26CrMo4的實(shí)踐

李炳一 王永然 蔡振勝 （天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鋼廠，天津 300301)

轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)P110級(jí)高抗擠毀石油套管鋼26CrMo4的實(shí)踐

李炳一 王永然 蔡振勝 （天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鋼廠，天津 300301)

為滿足客戶關(guān)于P110級(jí)石油套管鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能要求，天鋼煉鋼廠利用現(xiàn)有的“BOF-LF-VD-CC”生產(chǎn)工藝，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了26CrMo4鋼圓管坯，成品鑄坯的化學(xué)成分、低倍組織和表面質(zhì)量等完全能夠滿足用戶的要求。介紹了天鋼煉鋼廠在生產(chǎn)工藝確定、各工序工藝重點(diǎn)的控制、實(shí)際工藝控制情況和鑄坯實(shí)物質(zhì)量情況等方面生產(chǎn)該石油套管用圓管坯的實(shí)踐與質(zhì)量控制措施。

轉(zhuǎn)爐 高抗擠毀 石油套管鋼

1 引言

隨著深井和地層條件復(fù)雜區(qū)域油田的開(kāi)采，對(duì)石油套管的性能提出了更為苛刻的要求。要求套管具有良好的綜合性能：高抗拉及連接強(qiáng)度、優(yōu)異的抗擠毀能力和良好密封性能，而其中的核心是套管的抗擠毀能力[1]。因此對(duì)生產(chǎn)這種套管的原料鑄坯也提出了更高要求。26CrMo4鋼是生產(chǎn)P110鋼級(jí)高抗擠毀性石油管套的常規(guī)鋼種。根據(jù)市場(chǎng)的需求，天津鋼鐵集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱天鋼)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了P110級(jí)高抗擠毀石油套管鋼26CrMo4圓管坯，并由無(wú)縫鋼管客戶順利生產(chǎn)出了P110級(jí)高抗擠毀石油套管，性能優(yōu)良。

為了保證鋼管具有強(qiáng)度高、抗擠毀能力強(qiáng)的特點(diǎn)，要求鋼的成分均勻、波動(dòng)小，夾雜物含量特別是氣體含量和五害殘余元素的總量嚴(yán)格控制。本文著重介紹了天鋼煉鋼廠在現(xiàn)有“120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐——LF鋼包精煉爐——VD真空精煉爐——六機(jī)六流圓坯連鑄機(jī)”的設(shè)備條件下，轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄各環(huán)節(jié)對(duì)開(kāi)發(fā)26CrMo4鋼的工藝路線確定和過(guò)程質(zhì)量控制措施，明確以后煉鋼過(guò)程質(zhì)量控制的方向，為開(kāi)發(fā)更高附加值鋼種奠定基礎(chǔ)。

2 化學(xué)成分和生產(chǎn)工藝路線

在API Spec 5CT[2]中，對(duì)P110級(jí)套管和油管用鋼化學(xué)成分中的P、S含量和力學(xué)性能進(jìn)行了規(guī)定，而對(duì)其它化學(xué)元素的種類和含量并沒(méi)有具體要求;API Bul 5C2[3]標(biāo)準(zhǔn)中則對(duì)鋼管的抗擠毀性能進(jìn)行了規(guī)定，見(jiàn)表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定P110級(jí)套管用鋼成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù))及性能指標(biāo)

因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，結(jié)合各自的生產(chǎn)工藝和裝備特點(diǎn)，為了保證最終成品鋼管的性能，不同的客戶對(duì)鋼管材質(zhì)提出了不同的技術(shù)要求。客戶具體要求的26CrMo4鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表2 客戶要求的26CrMo4鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

通過(guò)表1和表2的對(duì)比可以看出，作為高抗擠毀性能石油套管用鋼種，客戶要求26CrMo4鋼在P、S的要求上較API Spec 5CT標(biāo)準(zhǔn)中的P110級(jí)石油套管鋼的要求要嚴(yán)格許多。而為了保證成品鋼管的性能，用戶對(duì)鋼中五害殘余元素的總量和鋼中N、H、O等氣體含量做了具體規(guī)定。由于鋼管最后需熱處理交貨，為保證熱處理工藝的穩(wěn)定和最終產(chǎn)品性能的穩(wěn)定，客戶要求同一供貨批次的鋼中碳含量的波動(dòng)范圍不許超過(guò)0.04%。

同時(shí)用戶還對(duì)圓管坯的低倍組織和表面質(zhì)量做了嚴(yán)格的規(guī)定。協(xié)議規(guī)定管坯橫截面酸浸低倍組織試片上不得有翻皮、白點(diǎn)、夾渣等缺陷。低倍缺陷要求為：中心疏松≤2.0級(jí)，縮孔≤1.0級(jí)，中心裂紋、中間裂紋缺陷級(jí)別各應(yīng)分別≤1.0級(jí)。皮下裂紋、皮下氣泡的缺陷級(jí)別各應(yīng)分別≤0.5級(jí)。在表面質(zhì)量上，要求管坯表面不得有目視可見(jiàn)的結(jié)疤、氣孔、針孔、重皮、夾渣及裂紋。結(jié)合這些情況，我們最終確定了26CrMo4圓管坯的生產(chǎn)工藝路線為：

頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→LF鋼包精煉→VD真空脫氣→小圓坯連鑄→翻轉(zhuǎn)冷床→冷熱檢驗(yàn)→入庫(kù)。

3 工藝控制的重點(diǎn)

為了保證生產(chǎn)的26CrMo4連鑄圓管坯的質(zhì)量，從工序使用的原料到具體工藝操作都需要嚴(yán)格控制。

（1)轉(zhuǎn)爐工序要求入爐鐵水的[P]≤0.10%、[S]≤0.030%。同時(shí)其它入爐原料須干燥、清潔。

（2)充分利用頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐的特點(diǎn)，做好過(guò)程和冶煉終點(diǎn)的控制;采用雙渣法操作，保證前期的脫磷效果;中后期防止返干和鋼水回磷;要求轉(zhuǎn)爐終渣堿度＞3.0，終點(diǎn)[P]≤0.010%;擋渣出鋼，下渣厚度≤50 mm。

（3)LF鋼包精煉工序必須保證入爐原料的干燥;在精煉過(guò)程中根據(jù)鋼水情況分期加入造渣料和還原劑，盡快形成白渣并保證白渣精煉時(shí)間≥20 min，其中要求精煉終渣堿度≥3.5，（FeO+MnO)≤1.0%，出站鋼水中[S]≤0.010%;另外，為了保證成品中C含量的穩(wěn)定，減少波動(dòng)，精煉工序采用出站前喂C線調(diào)C工藝。

（4)適當(dāng)延長(zhǎng)高真空處理時(shí)間，要求高真空處理時(shí)間≥12 min;VD破空后的軟吹氬攪拌時(shí)嚴(yán)禁裸露鋼水面，以減少鋼水的吸氣。

（5)連鑄工序中要求鋼水從鋼包→中間包→結(jié)晶器采用全程保護(hù)澆注;同時(shí)降低一次冷卻強(qiáng)度，并保證冷卻的均勻;二次冷卻采用弱冷工藝;成品鑄坯下冷床后堆垛緩冷，不熱送。

4 實(shí)際工藝控制及鑄坯實(shí)物質(zhì)量情況

通過(guò)嚴(yán)格執(zhí)行以上措施，第一批次共計(jì)生產(chǎn)了26CrMo4鋼2 000多噸（20爐)，鑄坯實(shí)物的化學(xué)成分、氣體含量控制情況及鑄坯低倍組織檢驗(yàn)情況見(jiàn)表3、4、5。

表3 26CrMo4鋼成品化學(xué)成分控制情況（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

從表3可以看出，化學(xué)成分中C的控制較好，滿足了工藝要求的波動(dòng)范圍。P、S控制水平較高。但Mn、Cr的控制水平相對(duì)差一些，波動(dòng)范圍偏大，以后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)管理，提高操作水平。

表4 26CrMo4鋼成品氣體及五害殘余元素含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

從表4可以看出，鋼中五害殘余元素的含量較低，這對(duì)于降低五害元素的危害，提高鋼的質(zhì)量有利。鋼中的氣體含量滿足工藝要求。

鑄坯的低倍組織情況見(jiàn)表5，鑄坯中普遍存在中心疏松和中心偏析缺陷，但級(jí)別較低，最高為0.5級(jí)。只有1爐出現(xiàn)了縮孔缺陷，但級(jí)別為1級(jí)，已達(dá)到工藝要求的上限;從連鑄操作情況分析看，該爐鋼水的澆注溫度偏高，可能是形成縮孔缺陷的原因，所以今后再生產(chǎn)該鋼種時(shí)，對(duì)于連鑄工藝參數(shù)的控制還需注意，特別是鑄溫、拉速等的控制，未出現(xiàn)其它類型的低倍缺陷。

表5 26CrMo4鋼鑄坯低倍組織檢驗(yàn)情況

對(duì)表3、4、5的分析可知，天鋼利用現(xiàn)行工藝生產(chǎn)出的P110級(jí)高強(qiáng)度抗擠毀石油套管用鋼26CrMo4圓管坯，五害殘余元素含量和氣體含量較低，鑄坯低倍組織良好，鑄坯實(shí)物質(zhì)量較好，這說(shuō)明天鋼現(xiàn)行的26CrMo4生產(chǎn)工藝是可行的。

5 成品鋼管實(shí)物質(zhì)量

成品26CrMo4圓管坯相繼發(fā)往河北某無(wú)縫鋼管廠軋制無(wú)縫鋼管，生產(chǎn)出的P110級(jí)石油套管實(shí)物性能指標(biāo)滿足API Spec 5CT和API Bul 5C2標(biāo)準(zhǔn)和下游用戶的要求，見(jiàn)表6。

表6 P110級(jí)高抗擠毀石油套管實(shí)物性能檢驗(yàn)

通過(guò)實(shí)際使用，下游用戶認(rèn)為，天鋼圓管坯的內(nèi)在及表面質(zhì)量良好，氣體及有害元素含量低。使用天鋼26CrMo4圓管坯生產(chǎn)的P110級(jí)石油套管的抗擠毀性能滿足高抗擠毀性能的要求。

6 結(jié)論

（1)天鋼煉鋼廠在現(xiàn)有工藝設(shè)備條件下，通過(guò)強(qiáng)化煉鋼過(guò)程控制，有能力開(kāi)發(fā)出能滿足客戶在化學(xué)成分、鑄坯低倍組織及表面質(zhì)量、氣體及有害殘余元素等方面要求的P110級(jí)高抗擠毀石油套管鋼26CrMo4圓管坯。

（2)26CrMo4的質(zhì)量指標(biāo)控制比較理想，氣體含量[N]、[H]、[O]分別能控制在 60×10-6、1.5×10-6、30×10-6以下，但是穩(wěn)定性不夠，個(gè)別爐次氣體含量仍然較高，微量元素含量波動(dòng)較大。

（3)為確保鑄坯質(zhì)量，滿足用戶對(duì)圓管坯深加工的各項(xiàng)性能指標(biāo)要求，除了控制鋼中的氣體和夾雜物含量以外，連鑄冷卻過(guò)程中控制好鑄溫和拉速，避免鑄坯內(nèi)部縮孔、中心疏松、中心裂紋的出現(xiàn)與加大。

（4)通過(guò)對(duì)26CrMo4鋼的開(kāi)發(fā)實(shí)踐和過(guò)程質(zhì)量控制，天鋼在高附加值圓管坯開(kāi)發(fā)生產(chǎn)方面積累了一定經(jīng)驗(yàn)，為今后適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展需要，開(kāi)發(fā)更高附加值產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。

[1]李勤，張傳友，肖功業(yè).高抗擠毀石油套管的試制 [J].鋼管，2004，33（4)：28.

[2]美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，套管和油罐規(guī)范，API Spec 5CT[S].

[3]美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，套管、油管和鉆桿使用性能公告，API Bul 5C2[S].

Production Practice of P110 Graded High Anti-collapse Oil Casing Steel 26CrMo4 at Converter

Li Bingyi,Wang Yongran,Cai Zhensheng

In order to meet the requirement of chemical composition and mechanical property of P110 graded anti-collapse oil casing steel 26CrMo4 by the customer,TISCO Steel-making Subsidiary utilized BOF-LF-VD-CC process to develop and produce round billet for pipe,the chemical composition,microstructure and surface quality of which all meet the customer's needs.The paper introduces the practice and quality control measures for this round billet in process decision,crucial procedure control over the entire process,actual process control and actual billet quality.

converter,high anti-collapse,oil casing steel

（收稿 2011-11-25 編輯 潘娜)

李炳一，工程師，現(xiàn)任天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鋼廠生產(chǎn)技術(shù)科科長(zhǎng)，從事生產(chǎn)工藝技術(shù)管理工作。