电弧炉短流程冶炼石油套管钢中夹杂物的演变规律

赵子荣¹，郝晓帅¹，白雪峰¹，孙彦辉¹，邓叙燕²

(1. 北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心， 北京 100083；2. 达力普石油专用管有限公司， 河北 沧州 061000)

摘要：为研究石油套管钢(34Mn6)中夹杂物的演变规律，对钙处理效果进行精准化控制，进行全流程取样分析，通过采用SEM-EDS分析夹杂物形貌和成分，同时结合Aspex夹杂物自动分析仪统计夹杂物的数量、成分和尺寸分布。研究结果表明，LF精炼具有较好的脱硫与脱氧能力；钙处理前，由于渣钢反应的进行，夹杂物数量明显减少，夹杂物成分中SiO₂含量增加；经过钙处理后，夹杂物成分发生显著变化，由MgO-Al₂O₃系转变为MgO-Al₂O₃-CaO系和SiO₂-Al₂O₃-CaO系，夹杂物形貌由尖角夹杂向球状夹杂过渡。在铸坯中，夹杂物数量减少，其成分已偏离液相区，向富CaO区域移动。对钙处理进行优化，通过利用热力学软件FactSage进行计算，得出钢液中钙的质量分数稳定在0.001 3%时对夹杂物的改性效果最佳，钢液中的夹杂物控制较好。

关键词：石油套管钢；LF精炼； 夹杂物； 钙处理； 热力学计算

1 引言

石油套管钢是高技术含量、高附加值、高风险的冶金产品，作为油井井身的重要组成结构，在较为恶劣的环境中使用，对钢材性能提出了较高要求。34Mn6钢是一种常用的石油套管钢，目前国内各厂生产方式不一，但主流方法普遍采用转炉或者电炉冶炼→LF精炼→连铸流程。在其冶炼过程中，脱氧剂采用Al-Si、Al-Mn、Al-Si-Ba、Al-Si-Ca-Ba等，钢液进行铝脱氧后，产生的夹杂物熔点高，在炼钢温度下为固态，变形率低，在轧制过程中会产生条状表面缺陷，常常需要进行钙处理，生成的夹杂物主要以12CaO·7Al₂O₃为主，使夹杂物液态化。受脱氧剂、钙处理和操作控制等因素的影响，冶炼过程中夹杂物的转变会对钢产品中夹杂物的成分、大小、数量和分布产生较大的影响，从而影响终端产品的质量。本文对石油套管钢(34Mn6)的生产过程进行研究，重点研究其在精炼过程中夹杂物生成机理及演变规律，同时利用热力学软件FactSage进行了精准钙处理计算，为提高石油套管钢产品品质提供一定的参考。

2 精选图表

3 结论

(1)LF精炼具有较好的脱硫与脱氧能力，LF进站时钢水中w(S)为0.021 1%，精炼结束吊包前，降低至0.006 0%，脱硫率接近72%；在精炼过程中，钢中的w(T.O)从刚进站时的0.005 0%降低至吊包前的0.001 4%，脱氧效果较好。在中间包浇注时，发生了明显的二次氧化，使w(T.O)有所升高。

(2)钢中的夹杂物尺寸主要为6 μm以下，所占比例接近80%；夹杂物数量密度(ND)的变化为：进站时夹杂物的数量密度为33.6个/mm²；随着精炼过程的进行，在吊包前夹杂物数量密度降低至1.82个/mm²；在中包浇注一半时，夹杂物数量密度迅速升高到13.0个/mm²；此后铸坯边部的数量密度降低至1.3个/mm²，铸坯芯部的降低至3.6个/mm²。

(3)LF进站过程中，夹杂物成分主要为MnO；在钙处理前，随着LF脱氧精炼的进行，夹杂物数量显著减少，夹杂物成分中的SiO₂含量增加；钙处理之后，夹杂物成分发生显著变化，主要为CaO、Al₂O₃、SiO₂，夹杂物的形貌由不规则形貌向球形形貌过渡。在铸坯中，夹杂物数量减少，其成分已偏离液相区，向富CaO区域移动，夹杂物成分发生转变，主要为Al₂O₃-CaS系和Al₂O₃-CaO-MgO-CaS系夹杂物。

(4)建议进行精准钙处理，将钢液中的w(Ca)稳定在0.001 3%，此时对于夹杂物的改性效果最佳，钢液中的夹杂物控制较好。