储气罐支架用热轧型钢开发与生产实践

杨王辉， 李 萍

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司， 山东 莱芜 271104）

储气罐作为大容积、承压容器，常年在压力等条件下运行，不可避免的出现老化等缺陷，造成介质泄露，导致严重的经济损失和环境生态污染[1-2]。1997年北京东方化工厂“627”事故由于储气罐泄露引起爆炸，造成8人死亡，燃烧区域达到6万m2，损失严重。为了提高储气罐的安全性和稳定性，大型储气罐通常会采用型钢作为支架进行加强。储气罐支架用型钢是山东钢铁股份有限公司莱芜分公司（以下简称莱钢）针对该领域用型钢的定制化产品，通过本项目的完成能扩大莱钢产品的应用领域，丰富莱钢型钢的产品种类。

1 产品要求

为保证型钢与储气罐罐体钢板的匹配性，减少后期施工难度，使用方要求采用定制型钢，化学成分、产品规格和尺寸偏差要求符合不同标准。本产品材质要求符合美标ASTM A36标准，其中熔炼分析中w（Mn）要求在 0.8%~1.2%之间，w（C）小于 0.20%，w（B）大于0.0008%，碳当量小于0.42%；型钢的截面图示及标注符号见图1，规格为欧标规格，截面尺寸如表1所示；尺寸偏差如表2所示，执行美标ASTM A6标准的要求；同时要求表面不得有影响使用的裂纹、气泡、结疤、折叠和夹杂等对使用有害的缺陷。

图1 型钢截面图

表1 截面尺寸

表2 尺寸偏差

2 生产试制

2.1 技术难点

硼作为合金元素加入钢中时，高温硼是异常活泼的，能与钢种的（C、N、O、S、P）以及铁基体形成各种类型化合物，这些化合物性质各异，从不同角度影响钢的各种性能。另外B作为表面活性元素，固溶态的硼吸附在奥氏体晶界上，延缓γ→α转变的作用，其在奥氏体晶界的偏聚阻碍铁素体的形核而有利于贝氏体的形成，造成铁素体颗粒增大。根据莱钢目前生产状况，主要有以下难点：

1）由于脱氧工艺与生产节奏的制约，B在钢中的分布均匀性差，回收率不稳定。

2）铸坯质量控制技术有待研究，厚板产品含B钢曾经出现过严重的边角裂纹，大型H型钢生产线使用异型坯，产生铸坯表面裂纹的风险较大。

3）由于连铸坯本身存在产生缺陷的风险，轧材性能可控难度大。

4）轧材为欧标规格，美标尺寸偏差，轧制工艺控制精度要求高。

2.2 工艺流程

储气罐支架用型钢在莱钢型钢厂大型H型钢生产线进行，生产工艺流程如下。

铁水预处理—120 t顶底复吹转炉冶炼—LF精炼—异形坯连铸机—称质测量—加热—除磷—开坯—万能往复连轧—分段/取样/切尾—冷却—矫直—成排收集—定尺锯切—检查—码垛—包装/标识—收集—入库—发货。

2.3 炼钢工艺设计要点

1）转炉冶炼操作过程中，炉渣碱度控制在2.8~3.5，同时适当增加渣量和强化炉内反应条件控制强化脱硫、脱磷，降低钢水硫磷含量。

2）减少钢中氧含量，加强钢包脱氧，增加硅锰合金的用量，尽量脱除钢中氧。合金在钢水出至1/4时开始均匀加入，钢水出至3/4时加完，合金对准钢流冲击区加入。

3）转炉出钢过程中，加强双挡渣出钢工艺，采用挡渣塞和挡渣锥分别挡住转炉的一次和二次渣，减少下渣量。

4）LF精炼过程中用碳化钙、碳化硅等调整炉渣，精炼软吹氩之前喂钙线80 m/炉，精炼时间不低于45 min，并且保证精炼软吹氩大于12 min。

2.4 连铸工艺设计要点

1）低过热度浇铸可改善中心偏析，控制连铸坯内部等轴晶和柱状晶的比例，为提高连铸坯内部质量，过热度控制在20～25℃以内。

2）二冷采用弱冷，结晶器采用非正弦振动，液相线温度为 1508～1520℃，拉速为 0.7～1.0 m/min。减少铸坯温度梯度，减少热应力，提高连铸坯质量。

3）中间包采用低碳碱性覆盖剂，加入量1.0~1.5 kg/t钢。

4）铸坯表面缺陷检查。确保无可视超标缺陷，表面无裂纹，不得有肉眼可见的气孔、内裂、缩孔和鼓肚等缺陷。

2.5 轧制工艺设计要点

1）加热炉加热段温度控制在1200～1280℃，均热段温度控制在1230～1280℃，加热时间控制在100 min左右。

2）采用高压水除鳞，喷嘴工作压力28 MPa，炉生氧化铁皮需清理干净，以保证轧件表面质量和便于开坯轧机的咬入。

3）开坯轧机开轧温度不得低于1150℃，在万能连轧机组的开轧温度应不低于950℃，终轧后轧件温度应不低于880℃。

4）在轧制负荷允许的情况下，尽量增大立辊的轧制负荷，末道次立辊压下率不得小于10%，其余道次不得小于15%。

5）低温矫直，矫直前温度低于120℃以下，进一步提高产品的外形尺寸精度。

3 实物质量分析

3.1 硼回收率

钢水中全硼含量和回收率波动较小，B的回收率平均值为60%，但与板带钢回收率90%左右相比，依然有一定差距，回收率出现小范围波动的原因可能是：板带钢使用铝脱氧，钢水中最终的溶解氧较低，加入的硼回收率较高，H型钢使用硅脱氧，钢水中溶解氧较高，回收率较低；白渣形成后，钢中溶解氧不完全相等，加入硼后，有部分硼因为与氧结合聚合形成大颗粒夹杂上浮。

3.2 成分与力学性能

根据上述工艺设计要点批量生产了储气罐支架用热轧型钢，化学成分及力学性能分别如表3、表4所示。通过对比可知，实物中碳、硅、锰成分控制范围较窄，磷和硫元素的控制含量远远好于用户要求，产品实物各项力学性能指标均达到用户要求。

表3 化学成分 %

表4 力学性能

3.3 金相组织

对热轧型钢进行金相分析，如图1所示，基体为铁素体+珠光体，组织大小不均，局部有混晶组织，晶粒度在7.5~9.0级，并且带状组织明显，在2.0级左右。钢中夹杂物含量低，发现少量A类硫化物夹杂和C类硅酸盐夹杂，均为0.5级，炼钢过程控制较好。

图1 金相组织200×

3.4 尺寸偏差与表面质量

轧制过程中严格控制尺寸偏差，产品均满足ASTM A6标准的要求。型钢表面质量良好，没有影响使用的裂纹、气泡、结疤、折叠和夹杂等缺陷。

4 结语

2018年以来，莱钢成功开发出储气罐支架用热轧型钢并实现批量化生产，先后完成2000余t合格产品生产，产品成分、性能、尺寸偏差、表面质量等均满足用户要求，并成功应用于伊朗国家天然气处理园区工程。