天铁26CrMo4圆管坯生产实践

杨志宁

（天津天铁冶金集团技术中心，河北涉县056404）

天铁26CrMo4圆管坯生产实践

杨志宁

（天津天铁冶金集团技术中心，河北涉县056404）

为满足市场需求，天铁研制开发了P110钢级石油套管用26CrMo4圆管坯。天铁采取全程工艺控制，严格控制化学成分，LF炉加VD炉精炼，使产品的五害元素、气体含量均达到了设计要求。生产出的26CrMo4圆管坯经成分分析、低倍分析和力学性能检验，均能够达到标准要求，满足用户需求。

圆管坯；精炼；石油套管

1 引言

石油套管是石油、天然气开采过程中的重要材料，主要用于油田钻井过程中和完井后对井壁的支撑，以保证钻井过程的进行和完井后整个油井的正常运行。随着我国石油工业的持续、快速发展，对石油套管的需求量逐年增多。

天铁集团炼钢厂2#圆坯连铸机投产于2008 年10月，与之相匹配的有2台LF精炼炉和1台双工位VD精炼炉。目前可生产的品种，包括各级别石油套管、石油管线管、各类非石油套管及锻造用圆坯，但尚缺少生产高端CrMo系连铸圆管坯的经验。为进一步开拓市场，提高抵御市场风险能力，充分发挥设备潜能，提高产品研发水平，于2011年7月研制开发高级别石油套管用钢26CrMo4、30CrMo等。

2 技术要求

高等级石油套管在使用过程中，井下受力状态复杂，拉、压、弯、扭应力综合作用于管体，这对套管本身的质量提出了较高的要求。要求高强度、高冲击韧性、高螺纹连接强度和高抗挤毁性。

CrMo系列钢的特性，Cr元素有效地提高了钢的淬透性。Mo元素在钢中存在于固溶体相和碳化物中，可提高淬透性、热强性、抗热蚀性和防止回火脆性。Cr、Mo元素的适当配合，可使钢具有高强度和韧性，淬透性也较好，无明显的回火脆性，调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，低温冲击韧性良好，满足高等级石油套管的性能要求。此外，钢的成分要求稳定、均匀，夹杂物、五害元素和气体含量低。

天铁根据API Spect 5CT标准以及下游管厂需求，为了保证成品钢管的性能，对钢的化学成分做了严格要求，最终确定了26CrMo4钢的成分见表1。

3 工艺简介

天铁生产26CrMo4钢采用180 t混铁炉→45 t氧气顶吹转炉→LF精炼炉→VD真空精炼炉→R10m圆坯连铸机→铸坯检验→出厂。

表1 26CrMo4钢化学成分 /%

3.1 转炉冶炼操作

冶炼条件：铁水[S]＜0.035%，Sn、As、Sb、Pb、Bi五元素含量要低；废钢纯净，不得含有镍、铜、铅等有色金属；装入量为（46±1）t。为保证钢水磷含量达到0.020%以下的控制要求，采取了双渣法造渣，第1批加入石灰1 000 kg，白云石500 kg；吹炼约4 min倒掉前期渣后，加入第2批料，1 600～1 900 kg石灰，900 kg白云石。全程化渣，终渣流动性良好，终渣碱度控制在3.0～3.5。终点成分控制在[C]0.05～0.08%，[P]≤0.015%，[S]≤0.030%，出钢温度控制在1 635～1 650℃。出钢时间在2'50''以上，使用挡渣标、挡渣球双挡渣出钢，杜绝大口下渣。钢包采用砖砌精炼专用钢包充分预热，底吹通畅。

脱氧合金化采用MnSi+高碳FeMn+高碳Fe-Cr+BaAlSi（100 kg）+Al饼（10 kg）的合金结构。加完合金后向钢包内加预熔合成渣230 kg，石灰150 kg。

3.2 LF精炼炉操作

钢包到位后软吹3 min，测定钢水温度。向渣面加入铝粒15 kg、多功能脱氧剂24 kg脱氧。加热2 min后，加入石灰200 kg和适量萤石。第一次加热完毕取第一个钢样，软吹2 min后测温，并加入FeMo合金，加入量134～136 kg。第二次加热时，将剩余150 kg石灰分若干小批加入，第二次加热完毕前3 min加完。第二次加热完毕取第二个钢样，软吹2 min后测温。依据第一块和第二块成分，调整钢中各元素至目标值。LF炉精炼完毕后喂入50 m硅钙线再上VD炉。

3.3 VD真空精炼炉操作

钢包座在真空室后，打开氩气阀门，将流量调至渣面轻微蠕动状态，测温后，盖好真空盖，开始真空处理。逐级启动真空泵，使真空室内真空度达到67 Pa以下。通过窥视孔观察渣面高度和喷溅情况，调节氩气流量。在包内渣面趋向稳定时，应逐渐加大氩气流量，以达到良好的脱氧效果。处理时间足够后，将氩气流量调至弱搅拌，然后再充气破真空。之后喂入CaSi线60 m/炉，弱搅拌3 min以上，镇静5 min以上，再上连铸浇注。

3.4 圆坯连铸机操作

中间包烘烤温度大于1 250℃，中包水口周围异物必须清理干净。大包保护使用铝碳质水口，加密封垫并使用氩气密封。中包保护使用整体式铝碳质浸入式水口，结晶器使用专用保护渣。

结晶器振幅±4.5 mm。结晶器水流量100～110 t/h，压力0.8～1.0 MPa。二冷比水量0.45 L/kg，压力0.8～1.2 MPa。电磁搅拌电流为230 A，频率为2.9 Hz。拉速1.2～1.3 m/min，矫直温度要求在1 080℃左右。铸坯在冷床冷却后，再堆垛缓冷，严禁对铸坯打水冷却。

3.5 生产过程中遇到的问题和改进措施

3.5.1 钢中全氧含量偏高

由于采用45 t氧气顶吹转炉冶炼，冶炼完毕后钢水中氧含量较高，为900×10-6～1 000×10-6，给后续工序脱氧带来一定的压力。通过高拉碳工艺适当提高转炉终点碳含量，从而降低钢水中的氧含量。转炉采用纯铝脱氧剂，降低钢中自由氧含量，并进一步完善LF精炼炉顶渣脱氧操作和VD精炼炉抽真空操作，在满足工艺和生产组织要求下，尽可能延长软吹时间，提高夹杂物去除效果。

3.5.2 Sn、As、Sb、Pb、Bi五元素之和含量偏高

铁水中的Sn、As、Sb、Pb、Bi等五元素，主要是从原料矿石中带来的，在转炉冶炼过程中不能被去除。当前铁前系统为了降低成本，矿石原料复杂多变，这就使铁水中五害元素波动大。为避开五害元素超标的铁水，采取全工序协调冶炼前调整铁前原料配比，降低铁水中五害元素含量，满足冶炼本钢种的铁水要求。

3.5.3 FeMo合金的加入时机

FeMo合金熔点较高，其完全熔化约需20 min。在LF精炼炉加入，影响成分调整时间。应在转炉出钢时加入FeMo合金，再在LF炉进行成分微调。

3.5.4 VD真空精炼炉温降较大。

VD精炼炉长期不用，再次使用时，应提前预热，预热时间保证在1 h以上，避免VD精炼工序温降过大。

4 结果分析

4.1 成分分析

首批天铁生产5炉26CrMo4圆坯共计200 t，其主要化学成分见表2。

表2 26CrMo4钢化学成分 /%

由表2可见，钢水成分控制很好，碳的波动范围小于0.03%，P含量均控制在0.015%以下，S控制在0.005%以下，Cr、Mo的控制水平总体稳定，Cr的波动偏差大一些，有待进一步提高操作水平。钢中五害元素含量高，略低于标准要求，在后续生产中需进一步调整。气体元素含量控制稳定见图1，其含量达到技术要求。钢水质量能够满足钢管的性能要求，并且能够保证钢管后续热处理工艺的稳定，从而得到性能稳定的最终产品。

图1 气体元素含量

4.2 低倍分析

对连铸坯表面质量进行检验，连铸坯无凹坑、裂纹、结疤、针眼等缺陷。连铸低倍组织检验表明，铸坯无明显中心偏析和缩孔。存在的主要缺陷为中心疏松评级最高为1级，见图2。还需进一步优化连铸二冷配水工艺和结晶器电磁搅拌参数。

4.3 力学性能

首批试制的26CrMo4圆坯经下游制管厂生产成P110级石油管，其主要性能指标均达到标准要求。

图2 铸坯中心疏松

5 结语

天铁采取全程工艺控制，LF炉加VD炉精炼，使产品的五害元素、气体含量均达到了设计要求。经用户轧制后其性能也达到了标准要求。26CrMo4圆管坯的生产实践，解决了双渣法冶炼低磷钢的问题，以及CrMo钢生产过程中合金加入时机的问题。26CrMo4圆管坯的开发，使天铁集团具备了生产高端CrMo系连铸圆管坯的技术，并积累了经验，在短时间内相继开发了30CrMo、30Mn5Cr、30Mn2Cr等钢种。

[1]王金海，尚明.P110钢级光管产品研制开发[J].山东冶金，2013 （2）：9-11.

[2]李炳一，王永然，蔡振胜.转炉生产P110级高抗挤毁石油套管钢26CrMo4的实践[J].天津冶金，2012（1）：4-6.

Production Practice of Tiantie 26CrMo4 Round Billet for Pipe Application

YANG Zhi-ning
(Technology Center of Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County,Hebei Province 056404,China)

In order to meet the requirement by the market,Tiantie developed 26CrMo4 round billet for P110 grade oil casing application.Adopting full process control,strictly controlling chemical composition and utilizing LF and VD refining,the content of five detrimental elements and gas content all reached design requirements.The produced 26CrMo4 round billet reached the requirement by the standard in composition analysis,microstructure analysis and mechanical property inspection and the customer's demands were met.

round billet for pipe application;refining;oil casing

10.3969/j.issn.1006-110X.2015.06.001

2015-08-15

2015-09-10

杨志宁（1981—），男，本科，工程师，主要从事专业技术管理和产品研发工作。