Sản xuất thép chống HIC

Hiện tượng nứt do hydro (HIC) là một thách thức phổ biến, đặc biệt là trong ngành công nghiệp dầu khí và lọc dầu, nơi độ tinh khiết và chất lượng tổng thể của thép có tầm quan trọng tối cao.

Quy trình sản xuất thép chống HIC bao gồm các kỹ thuật khử lưu huỳnh quan trọng như phun magiê và khuấy bằng cách phun khí argon ở đáy.

Sản xuất thép sạch dựa trên công nghệ kiểm soát và/hoặc loại bỏ tạp chất trong thép. Thông thường, loại và đặc tính của tạp chất phi kim loại trong thép có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học của thép và cũng quyết định độ sạch của thép. Do đó, cần phân tích chính xác các đặc tính này để tối ưu hóa quy trình luyện thép, từ đó sản xuất ra thép chất lượng cao.

Nứt do hydro (HIC) và nứt do ứng suất sunfua (SSC) là hai dạng hư hỏng do hydro gây ra thường gặp trong ngành công nghiệp dầu khí và lọc dầu. Trong trường hợp đầu tiên (HIC), người ta thường cho rằng khả năng chịu lực của thép chủ yếu phụ thuộc vào các đặc điểm cấu trúc vi mô của chúng – tạp chất phi kim loại và các dải phân cách.

Các sunfua mangan kéo dài được coi là vị trí khởi đầu nguy hiểm nhất. Trong trường hợp thứ hai (SSC), người ta tin rằng độ bền của thép có thể liên quan ưu tiên đến mức độ bền của chúng, trong khi các đặc điểm cấu trúc vi mô ít quan trọng hơn. Bài báo được trình bày tập trung vào nghiên cứu HIC và SSC trong thép cacbon-mangan, vốn khác nhau về xử lý nhiệt (cấu trúc vi mô, mức độ tính chất cơ học) và độ sạch của chúng.

MnS là chất khởi đầu gây hại nhất cho phản ứng HIC, do đó, biện pháp cơ bản là phải giảm hàm lượng lưu huỳnh đối với thép sử dụng trong môi trường axit. Nhờ những tiến bộ trong quy trình sản xuất thép, hàm lượng lưu huỳnh có thể được giảm xuống mức khá thấp; dưới 0,0008 wt. % (8ppm).

Xử lý Ca thường được áp dụng để ngăn ngừa sự hình thành MnS kéo dài và kiểm soát tạp chất sulfide thành hình cầu, và để đảm bảo hàm lượng Ca phù hợp cho khả năng chống nứt. Nếu hàm lượng Ca tương đối cao so với hàm lượng S, lượng Ca dư thừa có thể tạo thành oxit, đóng vai trò là tác nhân khởi tạo phản ứng HIC. Một số thông số biểu thị hàm lượng Ca hiệu quả đã được đưa ra, và hàm lượng Ca cần được kiểm soát cẩn thận trong một phạm vi hẹp; ví dụ, 3

Bảng 1: Yêu cầu về thành phần hóa học đối với thép ống cường độ cao, [ppm]

Hình 1 cho thấy quy trình sản xuất thép chống HIC. Trước quy trình BOF, kim loại nóng được khử lưu huỳnh tại trạm khử lưu huỳnh kim loại nóng bằng cách phun magie và CaO. Tại BOF, chỉ nên nạp phế liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp. Nhôm để khử oxy và các chất tạo xỉ được thêm vào trong quá trình khai thác. Hợp kim chính cũng được xử lý tại thời điểm này.

Sau đó, gầu được vận chuyển đến trạm sục khí, tại đây khí argon được thổi bằng đầu phun để trộn kim loại và xỉ nhằm mục đích khử lưu huỳnh. Tiếp theo, gầu được chuyển sang xử lý chân không. Thép được khuấy bằng cách phun khí argon từ dưới lên để đảm bảo khử lưu huỳnh và khử khí sâu.