轉爐生產P110級高抗擠毀石油套管鋼26CrMo4的實踐

李炳一 王永然 蔡振勝 （天津鋼鐵集團有限公司煉鋼廠，天津 300301)

轉爐生產P110級高抗擠毀石油套管鋼26CrMo4的實踐

李炳一 王永然 蔡振勝 （天津鋼鐵集團有限公司煉鋼廠，天津 300301)

為滿足客戶關于P110級石油套管鋼的化學成分和力學性能要求，天鋼煉鋼廠利用現有的“BOF-LF-VD-CC”生產工藝，開發生產了26CrMo4鋼圓管坯，成品鑄坯的化學成分、低倍組織和表面質量等完全能夠滿足用戶的要求。介紹了天鋼煉鋼廠在生產工藝確定、各工序工藝重點的控制、實際工藝控制情況和鑄坯實物質量情況等方面生產該石油套管用圓管坯的實踐與質量控制措施。

轉爐 高抗擠毀 石油套管鋼

1 引言

隨著深井和地層條件復雜區域油田的開采，對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：高抗拉及連接強度、優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]。因此對生產這種套管的原料鑄坯也提出了更高要求。26CrMo4鋼是生產P110鋼級高抗擠毀性石油管套的常規鋼種。根據市場的需求，天津鋼鐵集團有限公司（以下簡稱天鋼)開發生產了P110級高抗擠毀石油套管鋼26CrMo4圓管坯，并由無縫鋼管客戶順利生產出了P110級高抗擠毀石油套管，性能優良。

為了保證鋼管具有強度高、抗擠毀能力強的特點，要求鋼的成分均勻、波動小，夾雜物含量特別是氣體含量和五害殘余元素的總量嚴格控制。本文著重介紹了天鋼煉鋼廠在現有“120 t頂底復吹轉爐——LF鋼包精煉爐——VD真空精煉爐——六機六流圓坯連鑄機”的設備條件下，轉爐、精煉、連鑄各環節對開發26CrMo4鋼的工藝路線確定和過程質量控制措施，明確以后煉鋼過程質量控制的方向，為開發更高附加值鋼種奠定基礎。

2 化學成分和生產工藝路線

在API Spec 5CT[2]中，對P110級套管和油管用鋼化學成分中的P、S含量和力學性能進行了規定，而對其它化學元素的種類和含量并沒有具體要求;API Bul 5C2[3]標準中則對鋼管的抗擠毀性能進行了規定，見表1。

表1 標準規定P110級套管用鋼成分（質量分數)及性能指標

因此在實際生產過程中，結合各自的生產工藝和裝備特點，為了保證最終成品鋼管的性能，不同的客戶對鋼管材質提出了不同的技術要求。客戶具體要求的26CrMo4鋼的化學成分見表2。

表2 客戶要求的26CrMo4鋼化學成分（質量分數/%)

通過表1和表2的對比可以看出，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標準中的P110級石油套管鋼的要求要嚴格許多。而為了保證成品鋼管的性能，用戶對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定。由于鋼管最后需熱處理交貨，為保證熱處理工藝的穩定和最終產品性能的穩定，客戶要求同一供貨批次的鋼中碳含量的波動范圍不許超過0.04%。

同時用戶還對圓管坯的低倍組織和表面質量做了嚴格的規定。協議規定管坯橫截面酸浸低倍組織試片上不得有翻皮、白點、夾渣等缺陷。低倍缺陷要求為：中心疏松≤2.0級，縮孔≤1.0級，中心裂紋、中間裂紋缺陷級別各應分別≤1.0級。皮下裂紋、皮下氣泡的缺陷級別各應分別≤0.5級。在表面質量上，要求管坯表面不得有目視可見的結疤、氣孔、針孔、重皮、夾渣及裂紋。結合這些情況，我們最終確定了26CrMo4圓管坯的生產工藝路線為：

頂底復吹轉爐→LF鋼包精煉→VD真空脫氣→小圓坯連鑄→翻轉冷床→冷熱檢驗→入庫。

3 工藝控制的重點

為了保證生產的26CrMo4連鑄圓管坯的質量，從工序使用的原料到具體工藝操作都需要嚴格控制。

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

（2)充分利用頂底復吹轉爐的特點，做好過程和冶煉終點的控制;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;要求轉爐終渣堿度＞3.0，終點[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;在精煉過程中根據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含量的穩定，減少波動，精煉工序采用出站前喂C線調C工藝。

（4)適當延長高真空處理時間，要求高真空處理時間≥12 min;VD破空后的軟吹氬攪拌時嚴禁裸露鋼水面，以減少鋼水的吸氣。

（5)連鑄工序中要求鋼水從鋼包→中間包→結晶器采用全程保護澆注;同時降低一次冷卻強度，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 實際工藝控制及鑄坯實物質量情況

通過嚴格執行以上措施，第一批次共計生產了26CrMo4鋼2 000多噸（20爐)，鑄坯實物的化學成分、氣體含量控制情況及鑄坯低倍組織檢驗情況見表3、4、5。

表3 26CrMo4鋼成品化學成分控制情況（質量分數/%)

從表3可以看出，化學成分中C的控制較好，滿足了工藝要求的波動范圍。P、S控制水平較高。但Mn、Cr的控制水平相對差一些，波動范圍偏大，以后應進一步加強管理，提高操作水平。

表4 26CrMo4鋼成品氣體及五害殘余元素含量（質量分數/%)

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

鑄坯的低倍組織情況見表5，鑄坯中普遍存在中心疏松和中心偏析缺陷，但級別較低，最高為0.5級。只有1爐出現了縮孔缺陷，但級別為1級，已達到工藝要求的上限;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，所以今后再生產該鋼種時，對于連鑄工藝參數的控制還需注意，特別是鑄溫、拉速等的控制，未出現其它類型的低倍缺陷。

表5 26CrMo4鋼鑄坯低倍組織檢驗情況

對表3、4、5的分析可知，天鋼利用現行工藝生產出的P110級高強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，鑄坯實物質量較好，這說明天鋼現行的26CrMo4生產工藝是可行的。

5 成品鋼管實物質量

成品26CrMo4圓管坯相繼發往河北某無縫鋼管廠軋制無縫鋼管，生產出的P110級石油套管實物性能指標滿足API Spec 5CT和API Bul 5C2標準和下游用戶的要求，見表6。

表6 P110級高抗擠毀石油套管實物性能檢驗

通過實際使用，下游用戶認為，天鋼圓管坯的內在及表面質量良好，氣體及有害元素含量低。使用天鋼26CrMo4圓管坯生產的P110級石油套管的抗擠毀性能滿足高抗擠毀性能的要求。

6 結論

（1)天鋼煉鋼廠在現有工藝設備條件下，通過強化煉鋼過程控制，有能力開發出能滿足客戶在化學成分、鑄坯低倍組織及表面質量、氣體及有害殘余元素等方面要求的P110級高抗擠毀石油套管鋼26CrMo4圓管坯。

（2)26CrMo4的質量指標控制比較理想，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，但是穩定性不夠，個別爐次氣體含量仍然較高，微量元素含量波動較大。

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

（4)通過對26CrMo4鋼的開發實踐和過程質量控制，天鋼在高附加值圓管坯開發生產方面積累了一定經驗，為今后適應市場發展需要，開發更高附加值產品奠定了基礎。

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

[2]美國石油學會標準，套管和油罐規范，API Spec 5CT[S].

[3]美國石油學會標準，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，現任天津鋼鐵集團有限公司煉鋼廠生產技術科科長，從事生產工藝技術管理工作。