管线钢中非金属夹杂物控制关键技术

石油和天然气是重要的能源矿产和战略资源，与国民经济、社会发展和国家

安全息息相关。在石油天然气的运输过程中，管道输送具有经济性、安全性和连

续性等优点。管线钢主要用于加工制造油气管线，性能上要求高强度、高韧性、

良好的焊接性能和良好的抗腐蚀性能。而非金属夹杂物是影响管线钢性能的主要

因素之一，主要危害有：（1）会造成水口结瘤，影响生产顺行；（2）能够能够导

致管线钢产生疲劳裂纹；（3）会影响管线钢的冲击韧性；（4）会降低管线钢的抗

腐蚀性能，尤其是 A 类和 B 类夹杂物，会造成氢致裂纹的产生；（5）会恶化管线

钢的焊接性能。因此，开发了管线钢中非金属夹杂物控制关键技术，为我国管线

钢产品质量的提升做出了贡献。

（1）管线钢精准钙处理模型以及在线指导软件。钙处理是管线钢夹杂物的最主

要方式，通过钙处理能够将 MnS 夹杂物改性为 CaS，将 Al 2 O 3 为主的夹杂物改性

为钙铝酸盐，从而降低夹杂物对管线钢性能的危害。然而在大部分企业生产过程

中，钙处理过程的钙线喂入量都缺乏一个标准，主要是依靠经验进行操作。由于

各炉次的钢渣成分和温度等的差异，导致不同炉次间的钙处理效果波动很大，有

些炉次钙处理后产品性能还发生恶化。本项目建立了管线钢精准钙处理模型，通

过对管线钢不同钢液成分和温度条件下钙处理窗口进行的计算，确定了管线钢的

不同成分条件下最优的喂钙线量。与国外同类型模型相比，考虑的工艺条件更完

全，考虑的反应物和产物也更全面，因此也更接近生产实际，准确率更高。同时，

以管线钢精准钙处理模型为基础开发出了钙处理在线指导软件，可实现管线钢生

产过程中针对每一炉次的工况条件进行精准喂钙量的在线指导，并已实现了在管线钢生产中的在线应用，计算结果更直观。（2）低钙含量处理控制管线钢 B 类夹杂物技术。传统的管线钢钙处理一般都是

采用高钙处理路线来使夹杂物改性为高 CaO 含量的较高熔点钙铝酸盐，如图 2

中窗口 B 所示。但是在高钙含量处理时容易在钙处理后生成大尺寸钙铝酸盐夹杂

物，而且在钙处理后的过程中由于钢中 Ca 的挥发或者钢液二次氧化的消耗，钢

中钙含量会有所降低，导致高熔点钙铝酸盐往液态钙铝酸盐转变，当尺寸较大时

会在轧板中形成 B 类夹杂物，危害产品性能。因此，本项目从另一角度考虑，开

发了低钙含量处理控制管线钢 B 类夹杂物技术，如图 2 中窗口 C 所示，即高 Al 2 O 3

一侧的 50%液相点至 100%液相开始点所对应的 T.Ca 含量范围。在此情况下，夹

杂物由部分液相和部分固相组成，这样既不会在浇铸过程发生水口结瘤，又不至

于在轧制过程中形成 B 类夹杂，同时由于喂入的钙含量较低，整体上夹杂物尺寸

要更小。此技术应用到企业的管线钢生产实践中，能够有效减小夹杂物尺寸和降

低 B 类夹杂物评级。（3）含 Ca 硅铁钙处理技术。在管线钢生产过程中会添加大量的合金，合金的纯

净度会对钢液成分甚至钢中夹杂物产生重要影响，一般来说这种影响是有害的或

者是无用的。本项目针对硅铁合金中含有一定量的 Ca，通过研究变废为宝，开

发了含 Ca 硅铁钙处理技术，并应用于管线钢的生成，实现了用硅铁合金代替钙

线来进行管线钢夹杂物的钙处理改性，降低生产成本。首先通过钙处理模型计算

得到夹杂物改性所需的钙含量，然后在总的硅铁加入量不变的情况下根据硅铁合

金中的 Ca 含量计算得到在出钢工序和钙处理工序的硅铁合金分配量，进而实现

夹杂物的精准钙处理改性，如图 3 所示。此技术的优点包括：（1）总的硅铁合金

加入量不变，不会增加额外成本；（2）减少甚至取消了钙线的喂入，降低了生产

成本；（3）硅铁合金钙处理过程钙的收得率高，而且不会造成钢液的喷溅，因此

不会恶化钢液的洁净度。