超大型加氢筒体用钢SA-336F11CL3的冶炼方法研究

张艳召　张腾飞　薛良良　郭亚非

(中信重工机械股份有限公司，河南471003)



超大型加氢筒体用钢SA-336F11CL3的冶炼方法研究

张艳召张腾飞薛良良郭亚非

(中信重工机械股份有限公司，河南471003)

通过分析大型加氢反应器锻件用钢的特点，严格控制钢水中残余元素含量和X、J系数。确定采用“EBT→LF→VD→VC”的冶炼浇注工艺，成功浇注了4支SA-360F11CL3超大型加氢筒体锻件钢锭，其化学成分及各项指标均符合技术要求。

SA-360F11CL3；加氢筒体；残余元素；冶炼工艺

加氢反应器是现代炼油工业中的关键设备。由于锻件长期工作在高温、高压、临氢、有毒环境下，其使用条件苛刻，对材料的性能要求极高。母材容易产生高温回火脆性，又因为受高氢分压影响，焊缝和母材本身会产生氢脆和氢致破坏，这就对锻件提出了更高的技术要求，同时也对冶炼技术提出了更高的要求，所以具有优越冶金质量的大钢锭的生产越来越重要。

1　技术要求

1.1化学成分

SA-360F11CL3加氢筒体用钢化学成分要求见表1。

该加氢锻件的化学成分还应满足式(1)、式(2)规定的回火脆性敏感系数X和J的要求。残余元素应满足式(3)要求。

(1)

(2)

(3)

1.2质量及性能要求

钢锭不允许存在裂纹、夹渣、偏析、气泡、缩孔等缺陷。晶粒度不得低于6级，应符合YB/T6394标准。非金属夹杂物按GB/T10561—2005中B法评级图II进行评定，A类、B类、C类、D类、DS类均不得大于1.5级，还应满足A+C≤2.5、B+D+DS≤2.5、A+B+C+D+DS≤4.5。

表1　SA-360F11CL3钢化学成分(质量分数，%)

2　冶炼技术难点分析

此批SA-360F11CL3加氢钢锭锭型为338 t，是我公司目前生产的直径最大、壁厚最厚、吨位最大的加氢产品。根据锻件的力学性能要求，确定主要合金元素的化学成分内控范围及目标值。

根据我公司冶炼生产经验，分析该钢种的冶炼难点如下：

(1)有害残余元素Cu、Sb、Sn、As、P、S的控制。

(2)加氢钢对钢水洁净度要求严格，精炼过程应加强脱氧操作，严格控制钢水中氧含量。

(3)钢中碳含量的控制。根据生产实际，在VD过程中容易增碳，严格控制精炼后期碳含量，防止VD后碳含量超标。

3　冶炼工艺流程及要点控制

3.1工艺流程

针对该材质冶炼难点确定采用EBT电炉初炼→LF精炼→VD真空脱气→VC真空浇注的冶炼浇注工艺。

3.2炉料要求

P、S、Cu、Sb、Sn、As等有害残余元素对加氢锻件容易产生回火脆化，并且Cu、Sb、Sn、As等元素在冶炼过程中无法去除。为保证对有害残余元素含量的控制，优选废钢，精确计算，采用P、S、Cu、Sb、Sn、As等有害元素含量低的专用废钢、生铁及铁合金，确保炉料熔清钢中残余元素含量满足技术要求。生铁含量占配料的15%～18%以保证足够的配碳量。

3.3EBT电炉控制

EBT初炼炉的主要任务是快速熔化炉料、脱磷、去除夹杂物及气体。为保证炉料的快速熔化和脱磷，优化工艺调整底灰加入量为料重的5%～6%。加大底灰的配入量有利于增加熔化初期渣的碱度及渣量，可以在前期温度较低时提前造高碱度渣，达到充分脱磷作用。通过多次流渣操作将磷降低到0.002%以下方可出钢。合理布料以利于炉料的快速融化，保证足够的脱碳量以利于吹氧操作时夹杂物及气体的去除。采取留钢留渣操作，严禁氧化渣进入钢包进而导致回磷。

3.4LF精炼控制

3.4.1造渣和脱氧操作

精炼包到精炼工位后，测温、加渣料。渣料组成：石灰∶萤石= (4～5)∶1；炉渣厚度控制在200 mm～300 mm，炉渣不宜太黏，要求流动性好。在精炼过程中，要时刻观察氩气情况，适时调整氩气流量，以不裸露钢水面为宜。碳粉和复合脱氧剂要分批加入。在精炼后期炉内要保持微正压，不断补加扩散脱氧剂，保持还原气氛。

精炼过程造高碱度和低氧化性炉渣，炉渣碱度控制在R=2～3， FeO+MnO≤1.0%。这样可以在精炼过程中达到快速脱硫和深度脱氧的目的，精炼结束可保证钢水中[O]≤20×10-6。

3.4.2精炼过程化学成分的调整

精炼过程中严格控制钢水中碳含量。由于VD过程可能存在回碳现象，所以VD前C应控制在目标值的下限，不易过高。钢水进入VD工位前，按6 m/t钢水喂Si-Ca线，钢水温度控制在1 660～1 670℃。

3.5VD脱气控制

钢水包在VD过程中，在不大于66.65 Pa的真空度下应保持15 min以上，真空处理过程中要时刻察看钢水的翻腾情况，进泵不宜过快，严禁溢渣。

3.6VC浇注控制

真空浇注对脱氢和减少非金属夹杂物含量的效果是显著的。在真空状态下钢流滴流的驱动力来自于氩气和碳氧反应生成的CO气泡，气泡在真空状态下急速膨胀爆裂，从而带动钢流的滴流化。由于钢液的滴流化使气体的扩散路径缩短，更易于气体的去除。滴流化使钢流中的夹杂物不会进入较深的钢水层，更有利于夹杂物的上浮。

4　钢锭质量情况

4.1化学成分控制

对该批次4支钢锭成品的化学成分统计如表2所示。化学成分均符合工艺要求，X系数和J系数的最大值分别为6.2和82.2，均符合工艺要求。

4.2锻件中晶粒度和夹杂物的控制

晶粒结构对筒体锻件的综合性能起到至关重要的作用。晶粒度提高，则产品的脆性转变温度FATT值明显降低(图1)，ΔNDT也随之降低(图2)，即产品受中子辐照后韧性变化减小。为提高锻件的晶粒度，在精炼后期按0.04%～0.05%加入微量元素Nb，以利于细化晶粒并提高强度和硬度。

热送的钢锭表面质量良好，后续加工尺寸及允许偏差满足工艺要求，力学性能满足要求。采用双真空工艺可以有效的降低钢水中夹杂物的含量。通过添加微量元素，晶粒度得到了细化。四件锻件的水口端和冒口端的晶粒度和非金属夹杂物检验结果均相同，见表3所示。

表2　钢锭成品的化学成分(质量分数，%)

表3　锻件的非金属夹杂物和晶粒度检验结果

5　结论

分析表明，我厂所生产的SA-336F11CL3超大型加氢筒体的冶炼方法是可行的。主要内容总结如下：

(1)配料时要严格控制残余元素的含量，提高底灰比例，有助于快速脱磷和提高钢铁料的回收率。

(2)由于成品P≤0.006%，P+Sn≤0.017%，因此电炉出钢保证P≤0.002%。在精炼过程中合金化后白渣保持时间≥20 min，为避免钢液吸气，精炼后期及返加热过程中，严格控制氩气流量，钢液不得裸露。

(3)采用双真空技术，可以有效的降低钢水中非金属夹杂物和气体的含量。

[1]王延俊. 石化重大装备国产化的艰难历程及未来(下篇)[J]. 通用机械，2005(11)：12-15.

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编辑杜青泉

Research on Smelting Process of Steel SA-336F11CL3 for Ultra Large Hydrogenation Cylinder

Zhang Yanzhao, Zhang Tengfei, Xue Liangliang, Guo Yafei

By analyzing the characteristic of steel used for heavy hydrogenation reactor forgings, the content of residual element in the molten steel,Xcoefficient andJcoefficient have been controlled strictly. Meanwhile, the smelting and pouring processes of EBT→LF→VD→VC have been determined to be used. Four ingots used for SA-360F11CL3 ultra large hydrogenation cylinder forging have been casted successfully, and the chemical composition and the mechanical properties of them meet the technical requirements.

SA-360F11CL3; hydrogenation cylinder; residual element; smelting process

2016—06—15

张艳召(1987一)，男，学士，助理工程师，从事电炉炼钢的研究及现场技术服务等。

TG703

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