CN102776323A

CN102776323A - 一种低氧车轴用钢的冶炼方法

Info

Publication number: CN102776323A
Application number: CN2012102665759A
Authority: CN
Inventors: 邬中华; 王玉玲; 王之香
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: CN102776323B

Abstract

本发明涉及一种低氧车轴用钢的冶炼方法，它包括下述依次的步骤：Ⅰ电炉冶炼将废钢与预处理铁水加入电炉，然后吹氧，加入造渣材料；继续吹氧，电炉偏底心出钢；出钢前钢包中加入脱氧剂、铁合金及造渣剂；钢水倒入钢包；Ⅱ钢包炉精炼钢包精炼前先快速喂入Al线脱氧处理；钢包进入LF工位底吹Ar气，加入电石；再送电升温；在钢包内造还原性白渣；加入Al粉和合成渣进行扩散脱氧；白渣状态下保持时间不小于15分钟后钢包出LF站；ⅢVD真空精炼钢包进VD工位；高真空度下底吹Ar气；VD处理后，喂Al线；加入覆盖剂；e底吹Ar软搅拌；出站；注钢。本低氧车轴用钢的冶炼方法可将钢中的氧含量降低到不高于15×10^-6。

Description

一种低氧车轴用钢的冶炼方法

技术领域

本发明涉及一种低氧车轴用钢的冶炼方法，主要是车轴用钢生产过程中氧含量的控制方法。

背景技术

车轴是铁路列车重要的承重构件之一，其质量可靠性直接关系到铁道列车的高速行车安全。高速动车车轴对钢质纯净度及抗疲劳性能要求非常高。目前，我国高速动车车轴全部采用国外进口产品，国内在此领域尚属空白。

氧作为一种有害元素在钢中应严加控制。研究表明，钢中的氧及非金属氧化物会降低钢材的疲劳强度和冲击韧性，同时也是疲劳失效裂纹的发源地。因此，应尽量降低钢中的氧含量及非金属氧化物，特别是对安全有很高要求的列车关键构件，其氧含量及夹杂物级别尤其应严加控制，如：时速在200公里以上的高速动车车轴，要求钢中[O]≤20×10^-6，A类、B类、C类、D类夹杂物均不大于1.0级。现有车轴用钢的低氧冶炼方法生产的车轴钢质量波动大，氧含量及夹杂物控制水平难以稳定达到国外同类产品的水平。

发明内容

为了克服现有低氧车轴用钢的冶炼方法的上述不足，本发明提供一种车轴用钢的低氧冶炼方法，本发明可将钢中的氧含量降低到不高于15×10^-6。

本发明的钢种高速动车车轴用钢，其成分的质量百分比与氧含量的要求如下：

C 0.20～0.30%； Si 0.15～0.40%； Mn 0.50～0.80%； P≤0.020%；

S≤0.015%； Cr 0.90～1.20%； Mo 0.20～0.30%； V ≤0.06%；

Al ≤0.045%； [O] ≤20×10^-6。其余为Fe与不可避免的杂质。

通过出钢时沉淀脱氧、精炼阶段控制渣系及扩散脱氧、真空处理脱氧、注钢保护浇注措施，可以将钢中的氧稳定控制在不高于15×10^-6的水平。

本低氧车轴用钢的冶炼方法包括下述依次的步骤：

1 电炉冶炼

（1）电炉装料：先将优质的废钢加入电炉，废钢中（重量）P≤0.025%、S≤0.030%，废钢表面干燥、无油污、无杂质，外形尺寸≤800mm×500mm。再将预处理后铁水倒入电炉，入炉预处理铁水中（重量）P≤0.070%，S≤0.050%，铁水温度为1250℃～1500℃，铁水的重量比例≥60%。

（2）然后电炉吹氧10±1分钟后，加入石灰、萤石造渣材料，电炉中的废钢及造渣料得到熔化。

（3）继续吹氧，钢中的C、Si、P、S元素得到氧化。当钢液中C：0.08～0.12%、P≤0.010%、S≤0.020%、Si≤0.20%且钢液温度为1640～1680℃时电炉偏底心出钢。

（4）出钢前在烘烧大于2小时的钢包中加入（计算好的）脱氧剂、铁合金及造渣剂。脱氧剂为Si-Al-Ba、Al丸，进行沉淀脱氧；铁合金为：钼铁、中碳铬铁、硅锰铁；造渣剂为：CaO及合成渣。使其在钢包内初步完成钢水合金化。

（5）将钢包移至电炉出钢口，倾斜电炉将钢水倒入钢包。出钢时要求留钢留渣操作，严禁出钢过程中流入氧化渣到钢包中。

2 钢包炉精炼

（1）钢包精炼前喂入Al线，进行在线脱氧处理。

（2）钢包进入LF工位，底吹Ar气，加入石灰和萤石，送电升温8±2分钟，（熔化钢包内的合金料及渣料）当温度在1550±10℃时，加入电石。

（3）然后再送电升温10±2分钟，在温度达到1640±10℃时，加入合金微调整成分。再送电10±2分钟，升温熔化合金。

（4）成分达到钢种要求后，在钢包内造还原性白渣，加入石灰。使渣中∑（FeO）≤0.5%，调整精炼渣的碱度达到R（CaO/SiO₂）=3.0～7.0，Al₂O₃含量在20～40%，SiO₂≤15%；

（5）在白渣状态下加入Al粉和合成渣进行扩散脱氧，继续送电。精炼过程全程底软Ar气，Ar气压力0.2-0.5MPa，保证脱氧反应动力学条件且使反应产物Al₂O₃、SiO₂可以充分上浮并在渣金界面吸收。

（6）白渣状态下保持时间不小于15分钟，钢包出LF站，出站温度1660±5℃。

3 VD真空精炼

（1）钢包进VD工位；

（2）高真空度下（压强≤67pa）保持时间不少于15分钟，并底吹Ar气，在真空条件下进一步脱除钢中的氧，使[O]≤15×10^-6。

（3）VD处理后，（破真空后）根据钢中铝含量喂适当Al线，按成分的中上限（即铝0.025%～0.040%）控制Al含量；快速（3～4m/s）喂入Si-Ca线（0.3～1.0kg/t）进行钢水钙处理，使钢中夹杂物得到球化。

（4）加入优质覆盖剂（含CaO的渣剂，加在钢包表面用于防止温降过快及防止钢水与空与直接接触）。

（5）底吹Ar气进行软搅拌，搅拌时间不少于15分钟，控制吹氩强度，保持钢水不裸露、液面上下蠕动状态，促进夹杂物的上浮，并在渣金反应界面得到吸收。

（6）出站温度1565±5℃。

注钢

注钢过程采用全程Ar封浇注。防止钢水的二次氧化。

上述的低氧车轴用钢的冶炼方法（下述的步骤标注序号与上述的步骤标注序号一致），其步骤特征为：

1 电炉冶炼

（2）加入石灰、萤石造渣材料的量为，每吨钢水加石灰8±1kg/t，萤石4.5±1kg/t。

（4）钢包中加入的脱氧剂、铁合金及造渣剂的量为：每吨钢水Si-Al-Ba：3.5±0.2kg、Al丸：2±0.5kg、钼铁：3.3±0.3kg、中碳铬铁：15±0.15kg、硅锰铁：10±1kg、CaO：5±1kg、合成渣（CaO和Al₂O₃的混合物，CaO 40±4%，Al₂O₃40±4%，其它为SiO₂和MgO杂质）：5±0.5kg。

钢包炉精炼

（1）Al线喂入量为每吨钢水1.25±0.3kg；

（2）Ar压力为0.2-0.5MPa，每吨钢水加入量为石灰5±0.5kg，萤石3.5±0.5kg；每吨钢水电石加入量为1.3±0.2kg/t。

（3）加入量为每吨钢水加石灰：5±0.2kg。

3 VD真空精炼

（2）每吨钢水吹氩0.05±0.01m3；

（5）每吨钢水Ar量为0.009±0.001m³。

本车轴用钢的低氧冶炼方法可以使钢中［O］≤15×10^-6，B类非金属夹杂物级别达到0.5级以下，钢质纯净，提高了高速动车车轴的综合性能。该钢质能达到高速铁路客车时速大于200公里空心车轴用钢的质量要求。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于下述的实施例。

实施例

本实施例生产的是高速动车车轴用钢，其成分的质量百分比与氧含量的要求如下：

C 0.20～0.30%； Si 0.15～0.40%； Mn 0.50～0.80%； P≤0.020%；

S≤0.015%； Cr 0.90～1.20%； Mo 0.20～0.30%； V ≤0.06%；

Al ≤0.050%； [O] ≤20×10^-6。其余为Fe与不可避免的杂质。

本实施例为下述依次的步骤：

1 电炉冶炼

（1）电炉装料：先将优质废钢6吨加入电炉，废钢中（重量）P≤0.025%、S≤0.030%，废钢表面干燥、无油污、无杂质，外形尺寸≤800mm×500mm。再将预处理后铁水54吨倒入电炉，入炉预处理铁水中（重量）P 0.060%，S 0.040%，铁水温度为1260℃。

（2）电炉吹氧，吹氧9分钟，加入萤石300kg与石灰500kg，电炉中的废钢及造渣料得到熔化，熔清时钢液温度1640℃，熔清化学成分：C=0.89%，Si=0.01%，Mn=0.08%，P=0.009%，S=0.025%，Cr=0.08%，Cu=0.01%。

（3）继续吹氧，钢中的C、Si、P、S元素得到氧化。冶炼末期，控制终点钢水温度和C含量。偏心底电炉出钢倒入钢包时，钢水温度为1680℃，化学成分：C=0.08%，Si=0.006%，Mn=0.055%，P=0.005%，S=0.0177%，Cr=0.02%，Cu=0.01%。

（4）出钢前在烘烤3小时的钢包中加入300kg石灰、200kg萤石、200kgSi-Al-Ba、550kg硅锰合金、190kg钼铁、850kg中碳铬铁、115kg铝丸合金，合成渣300kg，初步完成钢包内的成分合金化及沉淀脱氧。

（5）出钢时采用留钢留渣操作，严禁出钢时有氧化渣流入钢包内。出钢结束，称量钢包内钢水量57吨。

钢包炉精炼

（1）进LF工位前在线于钢包内每秒4米喂Al线63kg（直径为φ13mm，Al线180米），进行在线Al脱氧处理。进LF工位，喂Al线后测得钢水温度1541℃。

（2）送电，化渣：钢包进入LF工位，底吹Ar气，Ar压力为0.2-0.5MPa。

加入石灰300kg、萤石200kg（加入萤石的目的是为了便于渣的熔化）。送

电升温，加电8分钟，测得温度为1555℃，加入电石75kg。

（3）成分微调：继续送电升温10分钟，测得温度1645℃，加入Mn-C合金80kg、高碳Cr铁150kg、Fe-Si合金70kg、Mn-Si合金50kg、C粉54kg、Mo铁40kg、V铁30kg。再送电12分钟，升温熔化合金。

（4）成分入限后，调整渣系，加入石灰300kg造白渣。

（5）深脱氧：在白渣状态下，加入Al粉60kg，合成渣200kg，并继续底吹Ar气，使脱氧反应在渣金界面进行扩散脱氧。

（6）白渣状态下保持20分钟时间，LF出站，测得钢水温度：1660℃。

（7）精炼终渣成分∑（FeO）＝0.32%，R（CaO/SiO₂）＝5.4，SiO₂＝6.7%，Al₂O₃＝27.8%。

VD真空精炼

（1）钢包进VD工位，测得温度1657℃。

（2）抽真空，高真空度下（真空度为60pa），保持时间25分钟，并全程底吹Ar气，每吨钢水0.06m³，在真空条件下进一步脱除钢中的氧。

（3）破空后，钢水温度1586℃，喂入Si-Ca线，以4m/s速度喂入150米（52kg），Al线以4m/s速度喂入100米（35kg）。

（4）加入优质覆盖剂30kg。（含CaO的渣剂，加在钢包表面用于防止温降过快及防止钢水与空与直接接触）

（5）降低吹Ar强度，底吹Ar气软搅拌时间16分钟，每吨钢水Ar气0.009m³，保持钢水不裸露，钢液呈上下蠕动状态。

（6）出站测得温度为1556℃。

注钢

模注浇钢，采用Ar封技术，避免钢水二次氧化，采用8.4吨的专用车轴钢钢锭浇注。

5 分析检验

通过全氧分析，钢中[O]含量为12×10^-6;

夹杂物级别检验结果如表1

表 1 夹杂物级别（级）

本申请文件所述的低氧车轴用钢是[O]≤15×10^-6的车轴用钢。

Claims

1.一种低氧车轴用钢的冶炼方法，它包括下述依次的步骤：

Ⅰ 电炉冶炼

（1）电炉装料：先将优质的废钢加入电炉，废钢中P≤0.025%、S≤0.030%，废钢表面干燥、无油污、无杂质，外形尺寸≤800mm×500mm；再将预处理后铁水倒入电炉，入炉预处理铁水中P≤0.070%，S≤0.050%，铁水温度为1250℃～1500℃，铁水的重量比例≥60%；

（2）然后电炉吹氧10±1分钟后，加入石灰、萤石造渣材料，电炉中的废钢及造渣料得到熔化；

（3）继续吹氧，钢中的C、Si、P、S元素得到氧化；当钢液中C：0.08～0.12%、P≤0.010%、S≤0.020%、Si≤0.20%且钢液温度为1640～1680℃时电炉偏底心出钢；

（4）出钢前在烘烧大于2小时的钢包中加入脱氧剂、铁合金及造渣剂；脱氧剂为Si-Al-Ba、Al丸，进行沉淀脱氧；铁合金为：钼铁、中碳铬铁、硅锰铁；造渣剂为：CaO及合成渣使其在钢包内初步完成钢水合金化；

（5）将钢包移至电炉出钢口，倾斜电炉将钢水倒入钢包；出钢时要求留钢留渣操作，严禁出钢过程中流入氧化渣到钢包中；

Ⅱ 钢包炉精炼

（1）钢包精炼前喂入Al线，进行在线脱氧处理；

（2）钢包进入LF工位，底吹Ar气，加入石灰和萤石，送电升温8±2分钟，（熔化钢包内的合金料及渣料）当温度在1550±10℃时，加入电石；

（3）然后再送电升温10±2分钟，在温度达到1640±10℃时，加入合金微调整成分；再送电10±2分钟，升温熔化合金；

（4）成分达到钢种要求后，在钢包内造还原性白渣，加入石灰；使渣中∑（FeO）≤0.5%，调整精炼渣的碱度达到R=3.0～7.0，Al₂O₃含量在20～40%，SiO₂≤15%；

（5）在白渣状态下加入Al粉和合成渣进行扩散脱氧，继续送电；精炼过程全程底软Ar气，Ar气压力0.2-0.5MPa，保证脱氧反应动力学条件且使反应产物Al₂O₃、SiO₂可以充分上浮并在渣金界面吸收；

（6）白渣状态下保持时间不小于15分钟，钢包出LF站，出站温度1660±5℃；

Ⅲ VD真空精炼

（1）钢包进VD工位；

（2）高真空度下（压强≤67pa）保持时间不少于15分钟，并底吹Ar气，在真空条件下进一步脱除钢中的氧，使[O]≤15×10^-6；

（3）VD处理后，破真空后根据钢中铝含量喂Al线，按成分的中上限（铝0.025%～0.040%）控制Al含量；喂入Si-Ca线进行钢水钙处理，使钢中夹杂物得到球化；

（4）加入优质覆盖剂即含CaO的渣剂，加在钢包表面用于防止温降过快及防止钢水与空与直接接触；

（5）底吹Ar气进行软搅拌，搅拌时间不少于15分钟，控制吹氩强度，保持钢水不裸露、液面上下蠕动状态，促进夹杂物的上浮，并在渣金反应界面得到吸收；

（6）出站温度1565±5℃；

Ⅳ 注钢

注钢过程采用全程Ar封浇注；防止钢水的二次氧化。

2.根据权利要求1所述的低氧车轴用钢的冶炼方法，其步骤特征为：

Ⅰ 电炉冶炼

（2）加入石灰、萤石造渣材料的量为，每吨钢水加石灰8±1kg/t，萤石4.5±1kg/t；

（4）钢包中加入的脱氧剂、铁合金及造渣剂的量为：每吨钢水Si-Al-Ba：3.5±0.2kg、Al丸：2±0.5kg、钼铁：3.3±0.3kg、中碳铬铁：15±0.15kg、硅锰铁：10±1kg、CaO：5±1kg、合成渣（CaO和Al₂O₃的混合物，CaO 40±4%，Al₂O₃40±4%，其它为SiO₂和MgO杂质）：5±0.5kg；

Ⅱ 钢包炉精炼

（1）Al线喂入量为每吨钢水1.25±0.3kg；

（2）Ar压力为0.2-0.5MPa，每吨钢水加入量为石灰5±0.5kg，萤石3.5±0.5kg；每吨钢水电石加入量为1.3±0.2kg/t；

（3）加入量为每吨钢水加石灰：5±0.2kg；

Ⅲ VD真空精炼

（2）每吨钢水吹氩0.05±0.01 m³；

（5）每吨钢水Ar量为0.009±0.001m³。