CN101948983A - 一种钢轨钢及该钢轨钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
钢轨钢及其制备方法，其中，以该钢轨钢的总重量为基准，C含量为0.65-0.75重量％，Mn含量为0.80-1.30重量％，Si含量为0.10-0.50重量％，V含量为≤0.03重量％，P含量为≤0.025重量％，S含量为0.008-0.025重量％，Al含量为≤0.004重量％，余量为铁；所述钢轨钢的洁净度由T[O]含量、[H]含量以及A类、B类、C类和D类非金属夹杂物的含量级别表示，其中，该钢轨钢中的T[O]总氧含量为≤0.0020重量％，[H]含量为≤0.0002重量％，按照夹杂物评级标准GB/T10561-2005评价出该钢轨钢中的A类夹杂物为≤1.5级、B类夹杂物为≤1.0级别、C类夹杂物为≤1.0级、D类夹杂物为≤1.0级。本发明提供的高速铁路用钢轨钢中的夹杂物含量、[H]、T[O]含量较低，实现了有效提高钢轨钢的钢水洁净度的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢轨钢及该钢轨钢的制备方法。
背景技术
随着铁路运输高速化的推进和时速350千米/小时的城际高速交通铁路网落的建设，为了确保列车运行的安全性和舒适性，对高速铁路用钢轨钢提出了更为严格的质量要求，一般要求钢轨钢中T[O]≤20×10-6、[H]≤1.5×10-6、[Al]s≤0.004％、A类、B类、C类和D类四类夹杂物的含量级别分别不大于2.0级、1.0级、1.0级和1.0级。而采用普通钢轨钢的生产方法生产得到的钢轨钢的质量难以满足350千米/小时的高速钢轨用钢的要求，产品合格率仅为40％左右，因而难以实现批量生产。因此，采用合理的精炼连铸工艺，提高钢水洁净度、减少钢水夹杂含量、降低钢液中的T[O]及[H]含量是提高高速轨用钢质量的关键环节。
《包钢科技》杂志2003年12月(第29卷增刊第50-52页)报道了包BNbRE高速轨钢的精炼和钢中Al含量的控制技术，该研究通过控制合金铝含量使钢轨钢铝≤0.005％的合格率达到了98％，同时通过采用VD真空处理，延长真空处理后的软吹氩时间，控制吹氩流量≤50L/min等技术措施来提高钢水质量。《包钢科技》2001年8月(第27卷增刊第15-18页)报道了包BNbRE高速轨钢的试制，该研究采用转炉-扒渣-钢包炉-喂丝-真空脱气-连铸工艺，在脱氧合金化中采用CaSi脱氧，精炼过程中钢包底部吹氩主要采用50-100L/min的流量，中期部分采用250-300L/min流量，真空处理采用VD，真空度控制在0.1KPa以下，处理时间≥15min，处理后的软吹时间不低于8min，通过这些措施的应用，钢中[H]≤2.0×10-6、T[O]≤20×10-6、A类夹杂≤2.5级，B、C类夹杂均≤1.5级。
在上述研究中解决高速轨钢质量的主要技术措施虽涉及了脱氧、钢包炉精炼和真空处理，由于其研究主要针对时速在350千米/小时以下的钢轨钢，因此，尽管通过这些研究钢水质量有所提高，但仍未达到350千米/小时以上钢轨钢的质量要求。
发明内容
本发明的目的是克服采用现有的方法制备的钢轨刚不能达到350千米/小时以上的高速铁路用钢轨钢的质量要求的缺陷，提供一种能达到350千米/小时以上的高速铁路用钢轨钢的质量要求的钢轨钢及该钢轨刚的制备方法。
本发明提供了一种钢轨钢，其中，以该钢轨钢的总重量为基准，C含量为0.65-0.75重量％，Mn含量为0.8-1.3重量％，Si含量为0.1-0.5重量％，V含量为≤0.03重量％，P含量为≤0.025重量％，S含量为≤0.025重量％，Al含量为≤0.004重量％，余量为铁；所述钢轨钢的洁净度由T[O]含量、[H]含量以及A类、B类、C类和D类非金属夹杂物的含量级别表示，其中，该钢轨钢中的T[O]含量为≤0.0015重量％，[H]含量为≤0.00015重量％，；按照夹杂物评级标准GB/T10561-2005评价出该钢轨钢中的A类夹杂物为≤1.5级、B类夹杂物为≤1.0级别、C类夹杂物为≤1.0级、D类夹杂物为≤1.0级。
本发明还提供了一种钢轨钢的制备方法，该方法包括：
(1)将含铁原料冶炼成钢水，使冶炼得到的钢水中碳含量为＞0.05重量％；
(2)将冶炼后的钢水在出钢到钢包的过程中进行预脱氧合金化，然后将预脱氧合金化的钢水进行炉外精炼，所述炉外精炼的方法包括转炉后精炼、再次精炼和真空精炼；
(3)将炉外精炼后的钢水注入连铸中间包，并从连铸中间包中将钢水注入连铸机中进行浇注；
其中，在步骤(2)中，所述预脱氧合金化的方法包括向钢水中加入铝含量≤1.0重量％的硅钙钡，所述硅钙钡的加入量使得钢水中的活度氧为≤0.004重量％；然后加入碳质材料、硅铁合金、硅锰合金和锰铁合金进行合金化，各合金的加入量使得合金化后钢水中C含量为0.6-0.7重量％，Mn含量为0.7-1重量％，Si含量为0.1-0.4重量％，Al含量为≤0.003重量％；所述转炉后精炼包括出钢过程中向钢水中加入渣料，使钢包顶渣的碱度为2-3，钢包顶渣中Al2O3含量为≤15重量％，并在转炉后精炼之后向钢水中吹入氩气搅拌；所述再次精炼包括向钢水中加入渣料，使钢包顶渣的碱度为2-3，钢包顶渣中Al2O3含量为≤15重量％；并在再次精炼过程中和再次精炼之后向钢水中吹入氩气搅拌；所述真空精炼的方法包括在压力为小于或等于100帕下真空精炼12-14分钟，使精炼后钢水中的C含量为0.65-0.75重量％，Mn含量为0.8-1.3重量％，Si含量为0.1-0.5重量％，V含量为≤0.03重量％，P含量为≤0.025重量％，S含量为0.008-0.025重量％，Al含量为≤0.004重量％，余量为铁；[H]含量为≤0.0002重量％，并在真空精炼之后向钢水中吹入氩气；
在步骤(3)中，连铸中间包中的钢水表面覆盖有碱度为≥5的覆盖剂；在连铸后使钢水洁净度达到T[O]含量为≤0.002重量％，按照夹杂物评级标准GB/T10561-2005评价出该钢轨钢中的A类夹杂物为≤1.5级、B类夹杂物为≤1.0级别、C类夹杂物为≤1.0级、D类夹杂物为≤1.0级。
本发明采用钢包顶渣成分控制范围及方法、精炼及真空处理方法，通过预脱氧时脱氧剂的选择和利用钢包渣、中间包覆盖剂成分控制及精炼后的小气量软吹来实现钢轨钢中铝及夹杂物的控制，采用本发明的方法制备得到的350千米/小时高速铁路用钢轨钢中的夹杂物含量、[H]、T[O]含量较低，实现了有效提高钢轨钢的钢水洁净度的目的，能够实现高速铁路用钢轨钢的连续稳定生产，便于炼钢厂生产组织。
具体实施方式
按照本发明提供的钢轨钢，其中，以所述钢轨钢的总重量为基准，C含量为0.65-0.75重量％，优选为0.68-0.73重量％；Mn含量为0.8-1.3重量％，优选为1-1.25重量％；Si含量为0.1-0.5重量％，优选为0.3-0.4重量％；V含量为≤0.03重量％，优选为≤0.02重量％；P含量为≤0.025重量％，优选为≤0.02重量％；S含量为0.008-0.025重量％，优选为0.008-0.015重量％；Al含量为≤0.004重量％，优选为≤0.003重量％，余量为铁；所述钢轨钢的洁净度由T[O]含量、[H]含量以及A类、B类、C类和D类非金属夹杂物的含量级别表示，其中，该钢轨钢中的T[O]含量为≤0.0020重量％，优选为≤0.0015重量％；[H]含量为0.00020重量％，优选为0.00015重量％；按照夹杂物评级标准GB/T10561-2005评价出该钢轨钢中的A类夹杂物为≤1.5级、B类夹杂物为≤1.0级别、C类夹杂物为≤1.0级、D类夹杂物为≤1.0级，优选情况下，该钢轨钢中的A类夹杂物为≤1.0级、B类夹杂物为≤0.5级别、C类夹杂物为≤0.5级、D类夹杂物为≤0.5级。
其中，所述总氧含量包括钢液中活度氧含量和夹杂物中氧含量。
按照本发明，将含铁原料冶炼成钢水的方法可以采用本领域技术人员公知的方法进行，例如，转炉吹炼。冶炼结束后应使得冶炼终点钢水中碳含量为＞0.05重量％，优选为0.06-0.12重量％；因此，优选情况下，所述含铁原料的碳含量可以为＞3.5重量％，优选为3.8-4.2重量％。
按照本发明，所述预脱氧合金化的方法包括向钢水中加入铝含量≤1重量％的硅钙钡(硅钙钡合金中硅含量一般为≥58重量％，钙含量为10-12重量％，钡含量为10-14重量％)进行预脱氧，由于钡的原子量较大，生成的脱氧产物易于上浮去除，可提高钢的洁净度，因此，本发明采用铝含量≤1重量％的硅钙钡进行预脱氧；然后加入碳质材料、硅铁合金、硅锰合金和锰铁合金进行合金化，各合金的加入量使得合金化后钢水中C含量为0.6-0.7重量％，Mn含量为0.7-1重量％，Si含量为0.1-0.4重量％，V含量为≤0.03重量％，Al含量为≤0.003重量％。其中，硅钙钡的加入量可以在较宽的范围内调整，只要保证钢水中的活度氧含量为≤0.004重量％，优选为0.001-0.002重量％即可，一般情况下，所述硅钙钡的加入量为2-3千克/吨钢水。
按照本发明，所述活度氧含量指钢液中自由氧浓度。所述活度氧含量的测定方法为本领域技术人员所公知，例如：采用定氧仪进行测定。
按照本发明，钢中T[O]的测定方法为本领域技术人员所公知，例如：采用TC600氧氮分析仪进行测定。
按照本发明，含铁原料的碳含量为＞3.5重量％，在合金化时，所述硅铁合金和锰铁合金中各自的Al含量为≤1.0重量％，可以使钢水中Al含量为≤0.003重量％。
按照本发明，所述转炉后精炼包括出钢过程中向钢水中加入渣料，使钢包顶渣的碱度为2-3，钢包顶渣中Al2O3含量为≤15重量％，所述碱度指钢包顶渣中CaO和SiO2的重量比；并在转炉精炼之后向钢水中吹入氩气搅拌，以提高钢水的洁净度；所述向钢水中吹入氩气搅拌的条件包括氩气的吹入强度和搅拌时间，其中，所述氩气的吹入强度可以为每吨钢水1.1-2升/分钟，优选为1.15-1.9升/分钟；所述搅拌的时间可以为6-12分钟，优选为8-12分钟。
按照本发明，所述再次精炼包括在精炼炉向钢水中加入渣料，使钢包顶渣的碱度为2-3，钢包顶渣中Al2O3含量为≤15重量％，所述碱度指钢包顶渣中CaO和SiO2的重量比；并在再次精炼过程中和再次精炼之后向钢水中吹入氩气搅拌；以进一步提高钢水的洁净度；在再次精炼过程中向钢水中吹入氩气搅拌的条件包括氩气的吹入强度和搅拌的时间，所述氩气的吹入强度可以为每吨钢水1.5-4升/分钟，优选为1.55-3.8升/分钟；搅拌时间可以为8-20分钟，优选为15-20分钟；再次精炼结束后，所述氩气的吹入强度可以为每吨钢水0.35-1.2升/分钟，优选为0.38-1.15升/分钟；搅拌时间为5-10分钟，优选为6-9分钟。经再次精炼后钢中T[O]含量一般可达到≤0.0030重量％，优选可达到≤0.0020重量％；钢中Al可以达到≤0.003％。
在再次精炼过程中的吹氩气过程中，一般以固定的强度进行吹氩气操作，优选情况下，为了利于控制钢水的洁净度，在再次精炼过程中吹入氩气的方法优选为分步进行，例如：先以每吨钢水2-4升/分钟的强度吹氩气10-15分钟，然后继续以每吨钢水1.5-2升/分钟的强度吹氩气5-10分钟。
按照本发明，所述渣料可以采用本领域常规的渣料，只要保证渣料的碱度以及氧化铝含量在本发明要求的范围内即可，优选情况下，所述渣料含有CaO、SiO2、MgO和CaF2，且含或不含Al2O3，以该渣料的总重量为基准，所述CaO的含量为50-65重量％，所述SiO2的含量为10-25重量％，所述Al2O3的含量为0-5重量％，所述MgO的含量为3-10重量％，所述CaF2的含量为7-15重量％；所述转炉后精炼加入的渣料的量可以为2-4千克/吨钢水，优选为3-4千克/吨钢水；再次精炼加入的渣料的量可以为5-8千克/吨钢水，优选为6-7千克/吨钢水。
按照本发明，所述真空精炼的条件包括压力为≤100帕，优选为≤66.7帕；真空精炼的时间可以为12-14分钟；所述真空精炼的方法还包括在真空精炼后向钢水中吹入氩气；所述真空精炼还可以包括合金微调及进一步使钢液中氢气、氧气上浮，去除夹杂的步骤，使得精炼后钢水中C，Mn，Si，V，P，S，Al以及[H]含量处于本发明所述范围之内，在真空精炼后，钢中T[O]含量一般可达到≤0.0025重量％，优选情况下，T[O]含量可以达到≤0.0020重量％；所述真空精炼后向钢水中吹入氩气搅拌的条件包括氩气的吹入强度为每吨钢水0.35-1.2升/分钟，优选为0.38-1.15升/分钟；搅拌的时间可以为3-10分钟，优选为5-10分钟。
按照本发明，所述覆盖剂的种类可以为本领域常规的覆盖剂，例如，所述覆盖剂含有CaO、Al2O3和CaF2，且含或不含SiO2和MgO，以覆盖剂的总重量为基准，所述CaO的含量为45-65重量％，所述Al2O3的含量为25-45重量％，所述SiO2的含量为0-10重量％，所述MgO的含量为0-5重量％，所述CaF2的含量为5-10重量％。按照本发明，向连铸中间包中的钢水表面加入覆盖剂的方法可以采用下述方法进行：在中间包开浇第一炉中间包中钢水液位不低于800毫米时一次性加入。所述覆盖剂的加入量的可调节范围较宽，只要保证所述覆盖剂的碱度为≥5即可，优选情况下，所述覆盖剂的用量为0.2-0.5千克/吨钢水，优选为0.3-0.4千克/吨钢。
优选情况下，所述再次精炼的步骤在LF炉中进行；所述真空精炼的步骤在RH真空设备中进行。所述炉外精炼过程中的其它操作和流程均可以采用本领域常规的方法进行。
按照本发明，所述连铸的方法可以采用本领域常规的方法进行，例如，将炉外精炼后的钢水连续地注入到结晶器中，经结晶器冷却，使钢水表面凝成硬壳，将该具有硬壳的钢水从结晶器的出口连续拉出，使其在二次冷却区和拉矫区冷却而全部凝固，在拉矫区的出口得到连铸坯。
下面，将通过实施例对本发明进行更详细的描述。
下述实施例中所用渣料含有CaO、SiO2、Al2O3、MgO和CaF2，以渣料的总量为基准，CaO的含量为55重量％，所述SiO2的含量为20重量％，所述Al2O3的含量为5重量％，所述MgO的含量为8重量％，所述CaF2的含量为12重量％。
下述实施例中所用覆盖剂含有CaO、SiO2、Al2O3、MgO和CaF2，以覆盖剂的总量为基准，CaO的含量为55重量％，SiO2的含量为10重量％，MgO的含量为5重量％，Al2O3的含量为25重量％，CaF2的含量为5重量％，碱度大于5。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的钢轨钢的制备。
(1)转炉冶炼
转炉冶炼时，转炉内加入[C]含量＞3.9重量％的铁水140吨进行吹炼，吹炼时间为15分钟，吹炼终点为钢水的[C]含量为0.1重量％；
(2)炉外精炼
在转炉出钢过程中以每吨钢水的量计算加入2.5千克硅钙钡(Al含量＜1重量％，硅含量一般为大于77重量％-小于78重量％，钙含量为10重量％，钡含量为12重量％)对钢液进行脱氧，随后加入无烟煤、低铝硅铁、硅锰和锰铁进行C、Si、Mn元素的合金化，无烟煤、低铝硅铁、硅锰和锰铁的加入量以控制C、Si、Mn在C含量为0.6-0.7重量％，Mn含量为0.7-1.0重量％，Si含量为0.1-0.4重量％范围内，同时随钢流向钢包内以每吨钢水的量计算加入2千克/吨钢的渣料，出钢毕后采用底部吹氩气，氩气的吹入强度为每吨钢水1.55升/分钟，吹氩搅拌时间为10分钟，取样分析钢包顶渣碱度(CaO/SiO2)为2.2，Al2O3为10.2重量％，钢水中Al含量为0.002重量％；
当装有钢水的钢包运到LF炉后接通底吹氩，并再次向钢包内加入5千克/吨钢的渣料，加完渣料后LF开始精炼处理(加热速率为3-5℃/分钟，升温精炼过程全程吹氩，将钢水用LF炉加热调整温度，加热钢水到1555-1575℃)，精炼处理过程中钢包底部氩气的吹入强度为每吨钢水3.8升/分钟，吹氩气搅拌时间为15分钟，然后将底部氩气吹入强度降至每吨钢水1.65升/分钟，吹氩气搅拌时间为5分钟后结束精炼，精炼结束后将氩气吹入强度控制在每吨钢水0.77升/分钟，按此强度软吹5分钟；取样分析钢包顶渣碱度(CaO/SiO2)为2.6，Al2O3为11.9重量％，钢水中[Al]s为0.002重量％；
钢包到达RH真空炉(处理容量120吨)后，抽真空，将真空度控制在66帕以下，在此真空度下处理12分钟(真空处理过程中钢水流量65吨/分钟，Ar气流量为1250升/分钟)，在处理至6-7分钟时对钢液成分进行微调，将C、Si控制在标准范围内，将Mn控制在1-1.25重量％，真空精炼结束后向钢液中吹入氩气，氩气的吹入强度为每吨钢水0.9升/分钟，软吹氩气5分钟后取样分析钢水中[Al]s为0.003重量％、[H]含量为1.02×10-6重量％；T[O]含量为0.002重量％；
(3)连铸
真空处理后的钢水在6机6流大方坯连铸机上浇铸，并使铸坯断面为280mm×380mm，中间包温度为1492℃，铸机拉速0.6m/min，结晶器电磁搅拌电流为500A。取样分析中间包钢水中[Al]s为0.003重量％；覆盖剂的加入量按吨钢计算为0.3千克/吨钢；
最后对钢轨取样检验，钢轨中[H]含量为0.96×10-6重量％、T[O]含量为12.2×10-6重量％、Al含量为0.003％重量％、C为0.72重量％，Mn为1.2重量％，Si为0.42重量％，P为0.015重量％，S为0.008重量％，V为0.01重量％；A类夹杂为1.5级，B类夹杂为0.5级、C类夹杂为1.0级、D类夹杂为0.5级。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的钢轨钢的制备。
(1)转炉冶炼
转炉冶炼时，转炉内加入[C]含量＞3.9重量％的铁水140吨进行吹炼，吹炼时间为16分钟，吹炼终点钢水的[C]含量为0.09重量％；
(2)炉外精炼
在转炉出钢过程中以每吨钢水的量计算加入3.0千克硅钙钡(Al含量＜1重量％，硅含量一般为大于77重量％-小于78重量％，钙含量为10重量％，钡含量为12重量％)对钢液进行脱氧，随后加入无烟煤、低铝硅铁、硅锰和锰铁进行C、Si、Mn元素的合金化，合金加入量以控制C、Si、Mn在C含量为0.6-0.7重量％，Mn含量为0.7-1.0重量％，Si含量为0.1-0.4重量％范围内；同时随钢流向钢包内加入以每吨钢水的量计算3千克/吨钢的渣料，出钢毕后采用底部吹氩气，吹入氩气的强度为每吨钢水1.2升/分钟，吹氩时间为12分钟，取样分析钢包顶渣中碱度(CaO/SiO2)为2.4，Al2O3含量为9.2重量％，钢水中Al含量为0.003重量％；
当装有钢水的钢包运到LF炉后接通底吹氩，并再次向钢包内加入以每吨钢水的量计算6千克/吨钢的渣料，加完渣料后LF开始精炼处理(加热速率为3-5℃/分钟，升温精炼过程全程吹氩，将钢水用LF炉加热调整温度，加热钢水到1555-1575℃)，精炼处理过程中钢包底部氩气的吹入强度为每吨钢水3.1升/分钟，处理时间为10分钟后，将底部氩气吹入强度降至每吨钢水1.6升/分钟，吹氩气5分钟后结束精炼，精炼结束后将氩气吹入强度控制在每吨钢水0.38升/分钟，按此强度软吹8分钟；取样分析钢包顶渣碱度(CaO/SiO2)为2.8，Al2O3含量为10.5重量％，钢水中Al含量为0.003重量％；
钢包到达RH真空炉(处理容量120吨)后，抽真空，将真空度控制在66.7Pa以下，在此真空度下处理13分钟(真空处理过程中钢水流量65吨/分钟，Ar气流量为1250升/分钟)，在处理至7-8分钟时对钢液成分进行微调，将C、Si控制在标准范围内，将Mn的含量控制在1-1.25重量％，真空精炼结束后向钢液中吹入氩气，氩气的吹入强度为每吨钢水1升/分钟，软吹氩气8分钟后取样分析钢水中Al含量为0.003重量％、[H]含量为0.9×10-6重量％，T[O]含量为0.0018重量％；
(3)连铸
真空处理后的钢水在6机6流大方坯连铸机上浇铸，并铸坯断面为280mm×380mm，中间包温度为1492℃，铸机拉速0.6m/min，结晶器电磁搅拌电流为500A。取样分析中间包钢水中Al含量为0.004重量％；覆盖剂加入量为0.5千克/吨钢；
最后对钢轨取样检验，钢中[H]含量为0.9×10-6重量％、T[O]含量为10.2×10-6重量％、Al含量为0.004重量％、C含量为0.70重量％，Mn含量为1.26重量％，Si含量为0.30重量％，P含量为0.13重量％，S含量为0.009重量％，V含量为0.01重量％；A类夹杂为1.0级，B类夹杂为0.5级、C类夹杂为1.0级、D类夹杂为0.5级。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的钢轨钢的制备。
(1)转炉冶炼
转炉冶炼时，转炉内加入[C]含量＞3.9重量％的铁水140吨进行吹炼，吹炼时间为15分钟，吹炼终点[C]含量为0.12重量％；
(2)炉外精炼
在转炉出钢过程中以每吨钢水的量加入2.0千克硅钙钡(Al含量＜1重量％)对钢液进行脱氧，随后加入无烟煤、低铝硅铁、硅锰和锰铁进行C、Si、Mn元素的合金化，合金加入量以控制C、Si、Mn在C含量为0.6-0.7重量％，Mn含量为0.7-1.0重量％，Si含量为0.1-0.4重量％范围内；同时随钢流向钢包内加入4千克/吨钢的渣料，出钢毕后采用底部吹氩气，吹入氩气的强度为每吨钢水1.15升/分钟，吹氩时间为12分钟，取样分析钢包顶渣碱度(CaO/SiO2)为2.7，Al2O3含量为8.2重量％，钢水中Al含量为0.002重量％；
当装有钢水的钢包运到LF炉后接通底吹氩，并再次向钢包内加入以每吨钢水的量计算8千克/吨钢的渣料，加完渣料后LF开始精炼处理(加热速率为3-5℃/分钟，升温精炼过程全程吹氩，将钢水用LF炉加热调整温度，加热钢水到1555-1575℃)，此时钢包底部吹入氩气强度为每吨钢水3.3升/分钟，吹入氩气的时间为15分钟，然后将底部吹入氩气强度流量降至每吨钢水1.48升/分钟，处理5分钟后结束精炼，此时氩气流量控制为精炼结束后将氩气吹入强度控制在每吨钢水0.85升/分钟，按此强度软吹10分钟。取样分析钢包顶渣碱度(CaO/SiO2)为2.9，Al2O3含量为9重量％，钢水中Al含量为0.002重量％；
钢包到达RH真空炉(处理容量120吨)后，抽真空，将真空度控制在60Pa以下，在此真空度下处理14分钟(真空处理过程中钢水流量65吨/分钟，Ar气流量为1250升/分钟)，在处理至8-9分钟时对钢液成分进行微调，将C、Si控制在标准范围内，将Mn控制在1-1.25重量％，真空精炼结束后对钢液软吹氩气，氩气的吹入强度为每吨钢水0.6升/分钟，吹入氩气时间为10分钟，然后取样分析钢水中Al含量为0.003重量％、[H]含量为0.8×10-6重量％，T[O]含量为0.0015重量％；
(3)连铸
真空处理后的钢水在6机6流大方坯连铸机上浇铸，并铸坯断面为280mm×380mm，中间包温度为1492℃，铸机拉速0.6m/min，结晶器电磁搅拌电流为500A。取样分析中间包钢水中[Al]s含量为0.003重量％；覆盖剂加入量为0.5千克/吨钢；
最后对钢轨取样检验，钢中[H]含量为0.85×10-6重量％、T[O]含量为8.5×10-6重量％、Al含量为0.003重量％、C含量为0.72重量％，Mn含量为1.23重量％，Si含量为0.28重量％，P含量为0.14重量％，S含量为0.008重量％，V含量为0.01重量％；A类夹杂为1.0级，B类夹杂为0.5级、C类夹杂为1.0级、D类夹杂为0.5级。
对比例1
本对比例用于说明现有技术的钢轨钢的制备。
(1)转炉冶炼
转炉冶炼时，转炉内加入[C]含量＞3.9重量％的铁水140吨进行吹炼，吹炼时间为17分钟，吹炼终点[C]含量为0.04重量％；
(2)炉外精炼
在转炉出钢过程中以每吨钢水的量加入4.0千克硅钙钡(Al含量为1.3重量％)对钢液进行脱氧，随后加入无烟煤、硅铁合金、硅锰合金和锰铁合金进行C、Si、Mn元素的合金化，合金加入量以控制C、Si、Mn在C含量为0.6-0.7重量％，Mn含量为0.7-1.0重量％，Si含量为0.1-0.4重量％范围内；出钢毕后采用底部吹氩气，吹氩强度为每吨钢水1.85升/分钟，吹氩时间为6分钟，取样分析钢包顶渣碱度(CaO/SiO2)为1.5，Al2O3含量为13重量％，钢水中Al含量为0.004重量％；
当装有钢水的钢包运到LF炉后接通底吹氩，并以每吨钢水的量计算7千克的量再次向钢包内加入渣料，加完渣料后LF开始精炼处理(加热速率为3-5℃/分钟，升温精炼过程全程吹氩，将钢水用LF炉加热调整温度，加热钢水到1555-1575℃)，此时钢包底部吹入氩气强度控制在3.3升/分钟，吹氩气时间为15分钟，然后结束精炼；取样分析钢包顶渣碱度(CaO/SiO2)为1.85，Al2O3含量为17重量％，钢水中Al含量为0.005重量％；
钢包到达RH真空炉后，抽真空，将真空度控制在66.7Pa以下，在此真空度下处理12分钟(真空处理过程中钢水流量65吨/分钟，Ar气流量为1250升/分钟)，在处理至6-7分钟时对钢液成分进行微调，将C、Si、Mn控制在标准范围内，取样分析钢水中Al含量为0.005重量％、[H]含量为1.3×10-6重量％，T[O]含量为0.0030重量％；
(3)连铸
真空处理后的钢水在6机6流大方坯连铸机上浇铸，并铸坯断面为280mm×380mm，中间包温度为1492℃，铸机拉速0.6m/min，结晶器电磁搅拌电流为500A。取样分析中间包钢水中[Al]s含量为0.005重量％；覆盖剂加入量为0.3千克/吨钢；
最后对钢轨取样检验，钢中[H]含量为1.3×10-6重量％、T[O]含量为22×10-6重量、Al含量为0.005重量％、C含量为0.71重量％，Mn含量为1.1重量％，Si含量为0.27重量％，P含量为0.019重量％，S含量为0.015重量％，V为0.01重量％；A类夹杂为2.5级，B类夹杂为1.5级、C类夹杂为1.5级、D类夹杂为1.0级。
从以上实施例1-3和对比例1的结果可以看出，使用本发明提供的方法产生得到的钢轨钢中[H]含量、T[O]含量、[Al]s含量以及A类、B类、C类和D类夹杂的含量均小于现有的高速铁路用钢轨钢，采用本发明的方法制得的钢轨钢完全能够满足高速铁路用钢轨钢的质量要求。
Claims (10)
1.一种钢轨钢，其特征在于，以该钢轨钢的总重量为基准，C含量为0.65-0.75重量％，Mn含量为0.8-1.3重量％，Si含量为0.1-0.5重量％，V含量为≤0.03重量％，P含量为≤0.025重量％，S含量为0.008-0.025重量％，Al含量为≤0.004重量％，余量为铁；所述钢轨钢的洁净度由T[O]含量、[H]含量以及A类、B类、C类和D类非金属夹杂物的含量级别表示，其中，该钢轨钢中的T[O]含量为≤0.002重量％，[H]含量为≤0.0002重量％，按照夹杂物评级标准GB/T10561-2005评价出该钢轨钢中的A类夹杂物为≤1.5级、B类夹杂物为≤1.0级别、C类夹杂物为≤1.0级、D类夹杂物为≤1.0级。
2.根据权利要求1所述的钢轨钢，其中，以该钢轨钢的总重量为基准，C含量为0.68-0.73重量％，Mn含量为1-1.25重量％，Si含量为0.3-0.4重量％，V含量为≤0.02重量％，P含量为≤0.02重量％，S含量为0.008-0.015重量％；Al含量为≤0.003重量％，余量为铁；所述钢轨钢的洁净度由T[O]含量、[H]含量以及A类、B类、C类和D类非金属夹杂物的含量级别表示，其中，该钢轨钢中的T[O]含量为≤0.0015重量％，[H]含量为≤0.00015重量％；按照夹杂物评级标准GB/T10561-2005评价出该钢轨钢中的A类夹杂物为≤1.0级、B类夹杂物为≤0.5级别、C类夹杂物为≤0.5级、D类夹杂物为≤0.5级。
3.权利要求1所述钢轨钢的制备方法，该方法包括：
(1)将含铁原料冶炼成钢水，使冶炼得到的钢水中碳含量为＞0.05重量％；
(2)将冶炼后的钢水在出钢到钢包的过程中进行预脱氧合金化，然后将预脱氧合金化的钢水进行炉外精炼，所述炉外精炼的方法包括转炉后精炼、再次精炼和真空精炼；
(3)将炉外精炼后的钢水注入连铸中间包，并从连铸中间包中将钢水注入连铸机中进行浇注；
其特征在于，在步骤(2)中，所述预脱氧合金化的方法包括向钢水中加入铝含量≤1重量％的硅钙钡，所述硅钙钡的加入量使得钢水中的活度氧含量为≤0.004重量％；然后加入碳质材料、硅铁合金、硅锰合金和锰铁合金进行合金化，各合金的加入量使得合金化后钢水中C含量为0.6-0.7重量％，Mn含量为0.7-1重量％，Si含量为0.1-0.4重量％，Al含量为≤0.003重量％；所述转炉后精炼包括出钢过程中向钢水中加入渣料，使钢包顶渣的碱度为2-3，钢包顶渣中Al2O3含量为≤15重量％，并在转炉后精炼之后向钢水中吹入氩气搅拌；所述再次精炼包括向钢水中加入渣料，使钢包顶渣的碱度为2-3，钢包顶渣中Al2O3含量为≤15重量％；并在再次精炼过程中和再次精炼后向钢水中吹入氩气搅拌；所述真空精炼的方法包括在压力为小于或等于100帕下，真空精炼12-14分钟，使精炼后钢水中的C含量为0.65-0.75重量％，Mn含量为0.8-1.3重量％，Si含量为0.1-0.5重量％，V含量为≤0.03重量％，P含量为≤0.025重量％，S含量为0.008-0.025重量％，Al含量为≤0.004重量％，余量为铁；[H]含量为≤0.0002重量％，并在真空精炼之后向钢水中吹入氩气；
在步骤(3)中，连铸中间包中的钢水表面覆盖有碱度为≥5的覆盖剂；在连铸后使钢水洁净度达到T[O]含量为≤0.002重量％，按照夹杂物评级标准GB/T10561-2005评价出该钢轨钢中的A类夹杂物为≤1.5级、B类夹杂物为≤1.0级别、C类夹杂物为≤1.0级、D类夹杂物为≤1.0级。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，含铁原料的碳含量为＞3.5重量％，在合金化时，所述硅铁合金和锰铁合金中各自的Al含量为≤1重量％，使钢水中Al含量为≤0.003重量％。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，在转炉后精炼之后向钢水中吹入氩气搅拌的条件包括氩气的吹入强度为每吨钢水1.15-1.92升/分钟，搅拌时间为6-12分钟。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，在再次精炼过程中向钢水中吹入氩气搅拌的条件包括氩气吹入强度为每吨钢水1.5-4升/分钟，搅拌时间为8-20分钟，再次精炼后向钢水中吹入氩气搅拌的条件包括氩气吹入强度为每吨钢水0.35-1.2升/分钟，搅拌时间为5-15分钟。
7.根据权利要求3所述的方法，其中，在真空精炼结束后向钢水中吹入氩气的条件包括氩气吹入强度为每吨钢水0.35-1.2升/分钟，搅拌时间为3-10分钟。
8.根据权利要求3所述的方法，其中，所述覆盖剂的加入量为0.2-0.5千克/吨钢。
9.根据权利要求3或8所述的方法，其中，所述覆盖剂含有CaO、Al2O3和CaF2，且含或不含SiO2和MgO，以覆盖剂的总重量为基准，所述CaO的含量为45-65重量％，所述Al2O3的含量为25-45重量％，所述SiO2的含量为0-10重量％，所述MgO的含量为0-5重量％，所述CaF2的含量为5-10重量％。
10.根据权利要求3所述的方法，其中，所述渣料含有CaO、MgO、SiO2和CaF2，且含或不含Al2O3，以该渣料的总重量为基准，所述CaO的含量为50-65重量％，所述SiO2的含量为10-25重量％，所述Al2O3的含量为0-5重量％，所述MgO的含量为3-10重量％，所述CaF2的含量为7-15重量％；所述转炉后精炼加入的渣料的量为2-4千克/吨钢水；再次精炼加入的渣料的量为5-8千克/吨钢水。
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