耐腐蝕高M(jìn)n鋼專用連鑄結(jié)晶器保護(hù)材料的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是針對(duì)申請(qǐng)?zhí)枮?01310310592. 2,申請(qǐng)日為2013年7月23日，名稱為"石 油平臺(tái)用耐腐蝕高M(jìn)n鋼專用連鑄結(jié)晶器保護(hù)材料"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明屬于冶金輔料技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種耐腐蝕高M(jìn)n鋼專用連鑄結(jié)晶器保護(hù) 材料。
【背景技術(shù)】
[0003] 隨著石油資源的短缺和油價(jià)的不斷上漲，海洋資源開發(fā)顯得日益重要，海洋平臺(tái) 用鋼需求量和性能要求也不斷提高。下面介紹了海洋平臺(tái)用鋼的分類、使用及生產(chǎn)現(xiàn)狀，指 出了海洋平臺(tái)用鋼的發(fā)展趨勢：其強(qiáng)度要求不斷提高，已由355MPa和420MPa增至500MPa， 厚度規(guī)格也不斷提高，低溫韌性向F級(jí)發(fā)展，而且更加重視海洋平臺(tái)用鋼的耐腐蝕性能。
[0004] 海洋平臺(tái)是人類用于開發(fā)海洋資源的重要超大型焊接鋼結(jié)構(gòu)，支撐著總質(zhì)量超過 數(shù)百噸的各種設(shè)備。這些使用特征決定了海洋平臺(tái)用鋼板必須具有高強(qiáng)度、高韌性、抗疲 勞、抗層狀撕裂、良好的焊接性、耐海水腐蝕以及好的冷加工性等性能。這對(duì)保證操作人 員的安全、提高海洋平臺(tái)的使用壽命及開發(fā)海洋資源具有重要意義。我國周邊國家對(duì)海洋 資源開采給予高度重視。鑒于我國當(dāng)前對(duì)能源戰(zhàn)略儲(chǔ)備的迫切需要，研發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn) 權(quán)的高強(qiáng)度、高韌性、具有一定耐腐蝕能力的海洋平臺(tái)用鋼板，對(duì)完善我國能源體系、充分 利用我國的海域資源、實(shí)現(xiàn)國家的能源戰(zhàn)略具有重要的意義。
[0005] 海洋平臺(tái)的分類及用鋼性能要求：①海洋平臺(tái)的分類：海洋平臺(tái)用于海上油氣資 源的勘探與開發(fā)，按功能劃分為鉆井平臺(tái)和生產(chǎn)平臺(tái)兩大類，在鉆井平臺(tái)上有鉆井設(shè)備，在 生產(chǎn)平臺(tái)上有采油設(shè)備。按結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)可分為三類：固定式平臺(tái)、移動(dòng)式平臺(tái)和順應(yīng)式 平臺(tái)，固定式又分為粧式和重力式平臺(tái)，移動(dòng)式又分為坐底式、自升式、鉆井船和半潛式平 臺(tái)，順應(yīng)式又分為張力腿和牽索塔式平臺(tái)。②海洋平臺(tái)用鋼性能要求：海洋平臺(tái)通常是指 海上石油天然氣鉆采平臺(tái)，其用鋼以前多數(shù)借用高強(qiáng)度造船用鋼，即使是許多現(xiàn)代化平臺(tái) 選用的新型平臺(tái)用鋼，依然執(zhí)行船舶檢驗(yàn)局的有關(guān)鋼質(zhì)船舶建造規(guī)范的規(guī)定。但海洋平臺(tái) 用鋼又不同于造船用鋼，還要求具有抗層狀撕裂等方面的性能。固定式采油平臺(tái)的上部焊 接結(jié)構(gòu)承受靜載荷，主要采用屈服強(qiáng)度500MPa左右的高強(qiáng)度鋼，目前大量采用屈服強(qiáng)度為 420MPa的鋼種。由于海面至飛濺帶的鋼材主要遭受到風(fēng)流沖擊，承受疲勞應(yīng)力，而海面以 下部分則在承受靜負(fù)荷的同時(shí)還經(jīng)受疲勞應(yīng)力。這兩個(gè)部分大量使用屈服強(qiáng)度為220~350 MPa的正火鋼。鑒于海洋平臺(tái)用鋼的重要性和其使用環(huán)境的惡劣性，我國對(duì)海洋平臺(tái)鋼板的 內(nèi)在質(zhì)量要求很高，產(chǎn)品必須做到高強(qiáng)度、高純凈度（低磷、低硫、低夾雜），z向抗層狀撕裂 性能達(dá)到35 %，并需要有良好的焊接性能。由于海洋平臺(tái)尺寸大、焊接部位多，而且海洋平 臺(tái)用鋼一般較厚，焊接接頭的焊接缺陷如微裂紋、氣孔、夾渣、未熔合等更易發(fā)生，致使韌性 降低，因此具有良好的焊接性能對(duì)于海洋平臺(tái)用鋼是必須的，盡量免除焊后熱處理，這對(duì) 于縮短海洋平臺(tái)的制造周期和降低成本具有重要意義。由于夏比沖擊韌性的局限性，目前 評(píng)價(jià)海洋平臺(tái)用鋼板焊接接頭的韌性多采用CTOD(裂紋尖端張開位移）斷裂韌度試驗(yàn)，它 是評(píng)價(jià)鋼材焊接接頭抗脆斷特性的重要參數(shù)，國際通行的主要是英國標(biāo)準(zhǔn)BS7448和DNV2 0S2C401。
[0006] 海洋平臺(tái)用鋼使用及生產(chǎn)現(xiàn)狀：目前國際海洋平臺(tái)用鋼主要由德國的迪林根和 日本的新日鐵、JFE和住友金屬公司生產(chǎn)。主要級(jí)別為355、420、460MPa(屈服強(qiáng)度），主 要牌號(hào)有 350MPa級(jí)的Enl0225 的S355、API的API2w250、API2H250、BS7191 的 350EM、船 標(biāo)的E36 ;420MPa級(jí)別的Enl0225 的S420、API的API2w260、API2Y260、船標(biāo)的E40、E420 等；460MPa級(jí)的Enl0225的S460、船標(biāo)的E460。國內(nèi)海洋平臺(tái)用鋼主要由上海寶鋼集團(tuán) 浦鋼公司和邯鋼集團(tuán)舞陽鋼鐵公司生產(chǎn)。隨著我國海洋開發(fā)的不斷發(fā)展，對(duì)海洋平臺(tái)用鋼 的需求量進(jìn)一步加大。因此進(jìn)一步提高海洋平臺(tái)用鋼板的強(qiáng)度級(jí)別，對(duì)于提高海洋平臺(tái)的 承載能力、延長平臺(tái)使用壽命和維修間隔具有重要作用。
[0007] 目前我國海洋平臺(tái)用鋼強(qiáng)度不高、規(guī)格不全、耐腐蝕性能較差，這限制了我國自主 開采海洋資源的能力，使我國能源發(fā)展受到了制約。因此，高強(qiáng)度、厚規(guī)格及耐腐蝕性能好 的海洋平臺(tái)用鋼的開發(fā)是我國今后的主要發(fā)展方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供一種鋪展性熔化性良好、渣面活躍、產(chǎn)生的渣圈少的石油平臺(tái)用耐腐 蝕高M(jìn)n鋼專用連鑄結(jié)晶器保護(hù)材料。
[0009] 耐腐蝕高M(jìn)n鋼專用連鑄結(jié)晶器保護(hù)材料，其原料包括預(yù)熔料(預(yù)熔料的成分 及質(zhì)量百分含量SiO226. 0~32. 0%，CaO39. 0~45. 0%，R2O6. 5~10. 5%、F- 5. 5~8. 5%、 Mg05.0~12%)、細(xì)玻璃粉、碳酸錳、螢石、氟化鈉、碳酸鋰、進(jìn)口碳黑，其質(zhì)量百分含量分別為 70. 0%、7%、3%、11. 5%、3%、4. 0%、1. 5%。
[0010] 所述專用連鑄結(jié)晶器保護(hù)材料有效成份包括Li20、Si02、CaO、A1203、Na20、F_、 Mn、Fe2O3,其質(zhì)量百分含量分別為Li2O2. 0~3. 0%，SiO2 31. 5%，CaO29. 5%，Al2O3 7%， Na203. 5~5. 5%,F- 2-6%,Mn3. 0%~4%,Fe2O3 0. 5%~4. 0%, 所述專用連鑄結(jié)晶器保護(hù)材料的二元堿度（Ca0/Si02)為0. 85~1. 1，粘度 (Pa.S/130(TC) :0? 2~0? 4〇
[0011] 邯鋼連鑄機(jī)德國西馬克公司連鑄機(jī)提供基本設(shè)計(jì)，為代表國際先進(jìn)水平的直弧型 連續(xù)彎矯連鑄機(jī)，采用中包快換浸入式水口、結(jié)晶器液壓振動(dòng)、動(dòng)態(tài)軟壓下、動(dòng)態(tài)二冷水控 制、結(jié)晶器在線調(diào)寬、連續(xù)彎矯輥列布置等國際最新技術(shù)。由于石油平臺(tái)用耐腐蝕鋼含Mn 量高，容易改變保護(hù)渣的理化性能，增大裂紋敏感性，澆鑄過程中結(jié)晶器內(nèi)坯殼收到摩擦阻 力大，易出現(xiàn)坯殼與結(jié)晶器壁粘結(jié)報(bào)警和鑄坯裂紋現(xiàn)象，因此要求保護(hù)材料對(duì)鑄坯的潤滑 良好和傳熱均勻。
[0012] 高錳鋼的合金成分及重量百分比含量為C0. 12~0. 21%、Si0. 2~2. 0%、Mn 0? 7~2. 0%、S彡 0? 036%、P彡 0? 034%、Cu0? 10~0. 40%、Al〈0? 2%，其余為Fe和微量雜質(zhì)。 通過Cu、Mn、Si、Al等合金化并調(diào)整鋼的部分元素含量，在不需改變鋼的特性生產(chǎn)工藝條件 下，就能生產(chǎn)出具有良好的耐海水腐蝕性能、綜合機(jī)械性能的經(jīng)濟(jì)耐腐蝕鋼。
[0013] 鋼中的錳在高溫鋼水中氧化為MnO,在連鑄過程中MnO積聚在熔渣中，比如影響保 護(hù)渣原始設(shè)計(jì)的性能，如粘度、熔點(diǎn)、結(jié)晶傾向等。結(jié)晶器內(nèi)保護(hù)渣與鋼液間發(fā)生界面反應(yīng)， 生成MnO的反應(yīng)形式為Mn+FeO=MnO+Fe在結(jié)晶器內(nèi)，保護(hù)渣隨鋼水的澆鑄不斷消耗，保護(hù)渣 與鋼液的接觸過程屬兩相界面不斷更新狀態(tài)；另外，對(duì)于結(jié)晶器內(nèi)生產(chǎn)MnO的反應(yīng)去過程， 高溫下界面反應(yīng)處于局部動(dòng)態(tài)平衡，熔渣中〇2_的濃度也大大高于Fe2+的濃度，F(xiàn)eO的擴(kuò)散 實(shí)際上由Fe2+的擴(kuò)散決定。因此，反應(yīng)的速率主要由[Mn]在鋼液和Mn2+在熔渣中的傳質(zhì)混 合控制。界面反應(yīng)的表現(xiàn)速率與結(jié)晶器攪拌有關(guān)，在侵入式水口流出的鋼液，外加氬氣流對(duì) 結(jié)晶器內(nèi)鋼水的攪拌及外加電磁攪拌作用下，反應(yīng)的速率會(huì)大大增加，在一定程度上促進(jìn) 了渣一鋼界面反應(yīng)的進(jìn)行。渣一鋼界面面積