Produkcja stali odpornych na HIC

Pękanie wywołane wodorem (HIC) stanowi częste wyzwanie, zwłaszcza w przemyśle naftowym i rafineryjnym, w którym czystość i ogólna jakość stali ma pierwszorzędne znaczenie.

Proces produkcyjny stali odpornych na HIC obejmuje kluczowe techniki odsiarczania, w tym wtrysk magnezu i mieszanie poprzez wtrysk argonu od dołu.

Produkcja czystej stali opiera się na technologiach kontroli i/lub usuwania wtrąceń ze stali. Często rodzaje i właściwości wtrąceń niemetalicznych w stali mają istotny wpływ na jej właściwości mechaniczne, a także determinują jej czystość. Dlatego też, aby zoptymalizować proces produkcji stali i uzyskać stal wysokiej jakości, konieczna jest precyzyjna analiza tych właściwości.

Pękanie wodorowe (HIC) i pękanie naprężeniowe siarczkowe (SSC) to dwa rodzaje specyficznych uszkodzeń wywołanych wodorem, które często występują w przemyśle naftowym i rafineryjnym. W pierwszym przypadku (HIC) powszechnie przyjmuje się, że odporność stali zależy głównie od ich cech mikrostrukturalnych – wtrąceń niemetalicznych i pasm segregacyjnych.

Wydłużone siarczki manganu są uważane za najbardziej niebezpieczne miejsca inicjacji. W drugim przypadku (SSC) uważa się, że odporność stali może być preferencyjnie związana z ich poziomem wytrzymałości, podczas gdy cechy mikrostrukturalne mają mniejsze znaczenie. Prezentowana praca poświęcona jest badaniu HIC i SSC w stalach węglowo-manganowych, różniących się obróbką cieplną (mikrostrukturą, poziomem właściwości mechanicznych) oraz czystością.

Wtrącenia MnS są najbardziej szkodliwym inicjatorem HIC, dlatego podstawowym środkiem jest obniżenie zawartości siarki w stalach stosowanych w środowisku kwaśnym. Dzięki postępowi w procesie produkcji stali, zawartość siarki można obniżyć do stosunkowo niskiego poziomu: poniżej 0,0008% wag. (8 ppm).

Obróbka wapniowa jest zazwyczaj stosowana w celu zapobiegania tworzeniu się wydłużonych MnS i kontrolowania inkluzji siarczkowych w kształcie kulistym, a także w przypadku, gdy zawartość wapnia jest odpowiednia dla odporności na pękanie. Jeśli zawartość wapnia jest stosunkowo wysoka w porównaniu z zawartością siarki, nadmiar wapnia może tworzyć tlenki, które mogą działać jako inicjator HIC. Wprowadzono kilka parametrów reprezentujących efektywną zawartość wapnia, a zawartość wapnia musi być starannie kontrolowana w wąskim zakresie; na przykład 3

Tabela 1: Wymagania dotyczące składu chemicznego stali rurowej o wysokiej wytrzymałości, [ppm]

Rysunek 1 przedstawia proces produkcji stali odpornej na korozję wysokosiarkową (HIC). Przed procesem BOF surówka jest odsiarczana na stacji odsiarczania surówki poprzez wtrysk magnezu i CaO. Do BOF należy wkładać wyłącznie złom o niskiej zawartości siarki. Aluminium do odtleniania oraz czynniki żużlotwórcze są dodawane podczas spustu. W tym czasie przetwarzany jest również główny składnik stopowy.

Kadź jest następnie transportowana do stanowiska barbotażu, gdzie argon jest przedmuchiwany za pomocą górnej lancy w celu zmieszania metalu z żużlem w celu odsiarczania. Następnie kadź jest transportowana do obróbki próżniowej. Stal jest mieszana przez dolny wtrysk argonu, aby zapewnić głębokie odsiarczanie i odgazowanie.