การผลิตเหล็กกล้าต้านทาน HIC

การแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน (HIC) ถือเป็นความท้าทายทั่วไป โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมปิโตรเลียมและโรงกลั่น ซึ่งความบริสุทธิ์และคุณภาพโดยรวมของเหล็กมีความสำคัญสูงสุด

กระบวนการผลิตเหล็กต้านทาน HIC ประกอบไปด้วยเทคนิคการกำจัดซัลเฟอร์ที่สำคัญ เช่น การฉีดแมกนีเซียมและการกวนโดยการฉีดอาร์กอนที่ด้านล่าง

การผลิตเหล็กกล้าสะอาดอาศัยเทคโนโลยีเพื่อควบคุมและ/หรือกำจัดสิ่งเจือปนในเหล็กกล้า บ่อยครั้งที่ชนิดและลักษณะของสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะในเหล็กกล้ามีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติเชิงกลของเหล็กกล้า และยังเป็นตัวกำหนดความสะอาดของเหล็กกล้าด้วย ดังนั้น การวิเคราะห์คุณลักษณะเหล่านี้อย่างแม่นยำจึงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตเหล็กกล้าให้สามารถผลิตเหล็กกล้าคุณภาพได้

การแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน (HIC) และการแตกร้าวจากความเค้นซัลไฟด์ (SSC) แสดงถึงความเสียหายที่เกิดจากไฮโดรเจนสองประเภทที่พบได้บ่อยในอุตสาหกรรมปิโตรเลียมและโรงกลั่น ในกรณีแรก (HIC) เป็นที่ทราบกันโดยทั่วไปว่าความต้านทานของเหล็กกล้าขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางโครงสร้างจุลภาคเป็นหลัก ซึ่งได้แก่ สิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะและแถบแยก

แมงกานีสซัลไฟด์รูปยาวถือเป็นจุดเริ่มต้นที่อันตรายที่สุด ในกรณีที่สอง (SSC) เชื่อกันว่าความต้านทานของเหล็กอาจสัมพันธ์กับระดับความแข็งแรงเป็นหลัก ในขณะที่ลักษณะโครงสร้างจุลภาคมีความสำคัญน้อยกว่า บทความนี้มุ่งเน้นการศึกษา HIC และ SSC ในเหล็กกล้าคาร์บอน-แมงกานีส ซึ่งแตกต่างกันในด้านการอบชุบด้วยความร้อน (โครงสร้างจุลภาค ระดับคุณสมบัติเชิงกล) และความสะอาด

การรวมตัวของ MnS เป็นตัวเริ่มต้นที่เป็นอันตรายที่สุดสำหรับ HIC ดังนั้น เพื่อเป็นการวัดขั้นพื้นฐาน จำเป็นต้องลดปริมาณกำมะถันสำหรับเหล็กที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด เนื่องจากความก้าวหน้าในกระบวนการผลิตเหล็ก ปริมาณกำมะถันจึงสามารถลดลงเหลือระดับที่ค่อนข้างต่ำ คือต่ำกว่า 0.0008% โดยน้ำหนัก (8 ppm)

โดยทั่วไปแล้ว การบำบัดด้วยแคลเซียมจะใช้เพื่อป้องกันการเกิด MnS รูปทรงยาว และเพื่อควบคุมการรวมตัวของซัลไฟด์ให้อยู่ในรูปทรงกลม และหากมีปริมาณแคลเซียมที่เหมาะสมต่อคุณสมบัติการต้านทานการแตกร้าว หากปริมาณแคลเซียมค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับปริมาณแคลเซียมส่วนเกินอาจเกิดออกไซด์ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเริ่มต้นของ HIC ได้ ได้มีการนำพารามิเตอร์หลายตัวที่แสดงถึงปริมาณแคลเซียมที่มีประสิทธิภาพมาใช้ และจำเป็นต้องควบคุมปริมาณแคลเซียมอย่างระมัดระวังในช่วงแคบๆ เช่น 3

ตารางที่ 1: ข้อกำหนดองค์ประกอบทางเคมีสำหรับท่อเหล็กที่มีความแข็งแรงสูง [ppm]

รูปที่ 1 แสดงเส้นทางการผลิตเหล็กกล้าต้านทาน HIC ก่อนกระบวนการ BOF โลหะร้อนจะถูกกำจัดซัลเฟอร์ที่สถานีกำจัดซัลเฟอร์โลหะร้อนโดยการฉีดแมกนีเซียมและ CaO ที่ BOF ควรเติมเฉพาะเศษเหล็กที่มีปริมาณซัลเฟอร์ต่ำเท่านั้น อะลูมิเนียมสำหรับการกำจัดออกซิเดชันและสารก่อตะกรันจะถูกเติมในระหว่างการต๊าป ในขั้นตอนนี้ยังมีกระบวนการผสมโลหะผสมหลักด้วย

จากนั้นทัพพีจะถูกลำเลียงไปยังสถานีฟองอากาศ ซึ่งอาร์กอนจะถูกเป่าด้วยปลายกระบอกด้านบนเพื่อผสมโลหะและตะกรันเพื่อการกำจัดซัลเฟอร์ จากนั้นทัพพีจะถูกลำเลียงไปผ่านกระบวนการสุญญากาศ เหล็กจะถูกกวนด้วยการฉีดอาร์กอนจากด้านล่างเพื่อให้แน่ใจว่าการกำจัดซัลเฟอร์และก๊าซเป็นไปอย่างล้ำลึก