第11期 隋亚飞等：石油钻杆钢冶炼过程中夹杂物的析出和衍变 ·1463· 作气氛，因此要求钻杆具有良好的抗扭和抗冲击等 包中加入225kg硅钙钡、290kg铝块、660kg硅锰合 力学性能以及没有微裂纹的光滑表面.虽然API标 金以及铬铁、钼铁等对钢水进行脱氧合金化.LF处 准对钻杆钢的成分没有特殊的规定，但是国内外厂 理前钢液升温到1535℃，LF精炼阶段加入合金精 家一般采用CrMn钢或者Cr-Mn-Mo钢，28CrMo47 调钢液成分，并喂入钙线改性钢中夹杂物，加入500 就是此类钻杆钢中具有代表性的一种.随着石油钻 kg石灰造碱性渣以脱去钢液中的硫.VD处理保持 探的难度不断增加，使用中对钻杆钢的质量要求也 高真空10min,破空后喂入铝丝完成终脱氧，喂入纯 日益提高.扫描电镜和能谱仪对石油钻杆缺陷试 Ca线同时采取弱搅拌操作进行钢液钙处理.中间 样微观检验结果表明，连铸坯大型夹杂物是导致产 包钢液的主要成分如表1所示 生钻杆裂纹的主要因素.此外，钢材表面的非金 表128CMo47钻杆钢中间包钢液成分（质量分数） 属夹杂物周围很容易形成电化学腐蚀的微电池，由 Table 1 Chemical composition of 28CrMo47 drill pipe steel in the 此形成的电化学腐蚀坑会成为应力腐蚀裂纹源圆 tundish % 诸多关于钻杆钢裂纹的研究结果表明，提高钻杆钢 C Si Mn P S Cr Mo Cu Al Ca 铸坯的洁净度和减少钢中非金属夹杂物是提高钻杆 0.280.280.920.010.0021.30.690.060.0250.001 钢质量的重要途径.然而，有关精炼过程中Cr一Mo 石油钻杆钢夹杂物的析品及衍变规律的研究还鲜见 1.2试样选取 报道.本文主要针对EAF-LF-VD-CC流程所生产 在正常生产情况下，跟踪两炉钻杆钢治炼过程， 的28CrMo47钻杆钢，系统地研究了精炼全过程及 分别在LF精炼前、LF精炼后、VD处理结束和中间 铸坯中夹杂物的变化规律，分析了夹杂物的衍变机 包阶段取钢液饼状试样（图1(a)).使用水淬急冷 理，提出了减少钢中夹杂物的措施 方法处理钢液试样以保证夹杂物在钢液中的存在形 式不变.在浇注稳定后的铸坯上取柱状试样（图1 1实验研究 (b)).利用线切割、研磨、抛光等手段在饼状过程 1.1生产工艺 试样和铸坯试样的不同位置上切取10mm×l0mm×10 国内某钢厂使用EAF(150t超高功率电弧炉)一 mm的金相样和中5mm×50mm的氧氮分析样，另外 LF(炉外精炼)-VD(真空处理)CC(210mm圆坯 在铸坯试样上切取140mm×50mm×50mm的大样 连铸)工艺生产28CMo47钻杆钢.电炉出钢时在钢 电解试样 (b) 30mm.L=70m 图1试样规格.(a)饼状过程试样；(b)柱状铸坯试样 Fig.1 Sample size:(a)caky sample from smelting process:(b)casting blank sample 1.3实验检测 坯中大型非金属夹杂物，对电解得到的大型夹杂物 使用电子扫描显微镜结合X射线能谱仪分析 进行处理，使用电子扫描显微镜结合X射线能谱仪 钢中的夹杂物，电镜下观察金相试样的全部抛光面， 分析大型夹杂物的形貌和组成 在每个试样100mm的视场面积上选取具有代表性 2结果与讨论 的15~20个夹杂物进行分析.由于连铸坯不同位 置的试样中夹杂物没有差别，因此连铸坯中夹杂物 2.1冶炼过程钢中氧氨含量变化 用各试样的平均结果表示.使用Leco氧氮分析仪 钢中全氧T[O]包括溶解氧[O]游解和氧化物夹 检测钢中氧、氮含量.通过水溶液大样电解得到铸 杂中的结合氧[O]桑物·精炼过程中绝大部分溶解第 11 期 隋亚飞等: 石油钻杆钢冶炼过程中夹杂物的析出和衍变 作气氛，因此要求钻杆具有良好的抗扭和抗冲击等 力学性能以及没有微裂纹的光滑表面． 虽然 API 标 准对钻杆钢的成分没有特殊的规定，但是国内外厂 家一般采用 Cr--Mn 钢或者 Cr--Mn--Mo 钢，28CrMo47 就是此类钻杆钢中具有代表性的一种． 随着石油钻 探的难度不断增加，使用中对钻杆钢的质量要求也 日益提高［1］． 扫描电镜和能谱仪对石油钻杆缺陷试 样微观检验结果表明，连铸坯大型夹杂物是导致产 生钻杆裂纹的主要因素［2］． 此外，钢材表面的非金 属夹杂物周围很容易形成电化学腐蚀的微电池，由 此形成的电化学腐蚀坑会成为应力腐蚀裂纹源［3］． 诸多关于钻杆钢裂纹的研究结果表明，提高钻杆钢 铸坯的洁净度和减少钢中非金属夹杂物是提高钻杆 钢质量的重要途径． 然而，有关精炼过程中 Cr--Mo 石油钻杆钢夹杂物的析晶及衍变规律的研究还鲜见 报道． 本文主要针对 EAF--LF--VD--CC 流程所生产 的 28CrMo47 钻杆钢，系统地研究了精炼全过程及 铸坯中夹杂物的变化规律，分析了夹杂物的衍变机 理，提出了减少钢中夹杂物的措施． 1 实验研究 1. 1 生产工艺 国内某钢厂使用 EAF( 150 t 超高功率电弧炉) -- LF( 炉外精炼) --VD( 真空处理) --CC( 210 mm 圆坯 连铸) 工艺生产 28CrMo47 钻杆钢． 电炉出钢时在钢 包中加入 225 kg 硅钙钡、290 kg 铝块、660 kg 硅锰合 金以及铬铁、钼铁等对钢水进行脱氧合金化． LF 处 理前钢液升温到 1535 ℃，LF 精炼阶段加入合金精 调钢液成分，并喂入钙线改性钢中夹杂物，加入 500 kg 石灰造碱性渣以脱去钢液中的硫． VD 处理保持 高真空 10 min，破空后喂入铝丝完成终脱氧，喂入纯 Ca 线同时采取弱搅拌操作进行钢液钙处理． 中间 包钢液的主要成分如表 1 所示． 表 1 28CrMo47 钻杆钢中间包钢液成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of 28CrMo47 drill pipe steel in the tundish % C Si Mn P S Cr Mo Cu Al Ca 0. 28 0. 28 0. 92 0. 01 0. 002 1. 3 0. 69 0. 06 0. 025 0. 001 1. 2 试样选取 在正常生产情况下，跟踪两炉钻杆钢冶炼过程， 分别在 LF 精炼前、LF 精炼后、VD 处理结束和中间 包阶段取钢液饼状试样( 图 1( a) ) ． 使用水淬急冷 方法处理钢液试样以保证夹杂物在钢液中的存在形 式不变． 在浇注稳定后的铸坯上取柱状试样( 图 1 ( b) ) ． 利用线切割、研磨、抛光等手段在饼状过程 试样和铸坯试样的不同位置上切取10 mm × 10 mm × 10 mm 的金相样和 5 mm × 50 mm 的氧氮分析样，另外 在铸坯试样上切取 140 mm × 50 mm × 50 mm 的大样 电解试样． 图 1 试样规格． ( a) 饼状过程试样; ( b) 柱状铸坯试样 Fig． 1 Sample size: ( a) caky sample from smelting process; ( b) casting blank sample 1. 3 实验检测 使用电子扫描显微镜结合 X 射线能谱仪分析 钢中的夹杂物，电镜下观察金相试样的全部抛光面， 在每个试样 100 mm2 的视场面积上选取具有代表性 的 15 ～ 20 个夹杂物进行分析． 由于连铸坯不同位 置的试样中夹杂物没有差别，因此连铸坯中夹杂物 用各试样的平均结果表示． 使用 Leco 氧氮分析仪 检测钢中氧、氮含量． 通过水溶液大样电解得到铸 坯中大型非金属夹杂物，对电解得到的大型夹杂物 进行处理，使用电子扫描显微镜结合 X 射线能谱仪 分析大型夹杂物的形貌和组成． 2 结果与讨论 2. 1 冶炼过程钢中氧氮含量变化 钢中全氧 T［O］包括溶解氧［O］溶解 和氧化物夹 杂中的结合氧［O］夹杂物． 精炼过程中绝大部分溶解 · 3641 ·