Производство сталей, стойких к HIC

Водородное растрескивание (HIC) представляет собой распространенную проблему, особенно в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности, где чистота и общее качество стали имеют первостепенное значение.

Процесс производства сталей, стойких к HIC, включает в себя важнейшие методы десульфурации, в том числе вдувание магния и перемешивание путем донной инжекции аргона.

Производство чистой стали основано на технологиях контроля и/или удаления включений из стали. Зачастую типы и характеристики неметаллических включений в стали оказывают значительное влияние на механические свойства стали, а также определяют её чистоту. Поэтому для оптимизации процесса производства стали и получения качественной стали необходим точный анализ этих характеристик.

Водородное растрескивание (HIC) и сульфидное растрескивание под напряжением (SSC) представляют собой два вида специфических повреждений, вызванных водородом, которые часто встречаются в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности. В первом случае (HIC) общепризнанно, что стойкость сталей зависит главным образом от их микроструктурных особенностей – неметаллических включений и полос ликвации.

Наиболее опасными очагами зарождения считаются продолговатые сульфиды марганца. Во втором случае (SSC) считается, что стойкость сталей преимущественно связана с их прочностью, а характеристики микроструктуры играют меньшую роль. Представленная работа посвящена исследованию HIC и SSC в углеродисто-марганцевых сталях, различающихся термической обработкой (микроструктурой, уровнем механических свойств) и чистотой.

Включения MnS являются наиболее опасным инициатором HIC, поэтому в качестве основной меры необходимо снизить содержание серы в сталях, используемых в кислых средах. Благодаря прогрессу в технологии производства стали содержание серы может быть снижено до довольно низкого уровня – менее 0,0008 мас.% (8 ppm).

Обработка кальцием обычно применяется для предотвращения образования удлиненных включений MnS и придания им сферической формы, а также при наличии достаточного содержания кальция для обеспечения трещиностойкости. Если содержание кальция относительно велико по сравнению с содержанием серы, избыток кальция может образовывать оксиды, которые могут выступать инициаторами HIC. Было введено несколько параметров, характеризующих эффективное содержание кальция, и его необходимо тщательно контролировать в узком диапазоне, например, 3

Таблица 1: Требования к химическому составу высокопрочной трубной стали, [ppm]

На рисунке 1 показана технология производства стали, стойкой к HIC. Перед конвертерным процессом чугун десульфурируется на станции десульфурации чугуна путем вдувания магния и CaO. В конвертер следует загружать только лом с низким содержанием серы. Алюминий для раскисления и шлакообразующие добавки добавляются во время выпуска плавки. В это же время происходит и основное легирование.

Затем ковш транспортируется на барботажную станцию, где через верхнюю фурму продувается аргон для перемешивания металла и шлака с целью десульфурации. Затем ковш направляется на вакуумирование. Сталь перемешивается донной инжекцией аргона для обеспечения глубокой десульфурации и дегазации.