CN103320698A

CN103320698A - 一种车轴用钢及其制造方法

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Publication number: CN103320698A
Application number: CN201310240458XA
Authority: CN
Inventors: 王玉玲; 王之香; 邬中华
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2013-09-25

Abstract

本发明属于冶金行业，具体是一种车轴用钢及制造方法。成分的质量百分配比为：C：0.32-0.38%；Mn：0.90-1.10%；Si：0.20-0.40%；Cr：0.15-0.35%；V：0.020-0.10%；P≤0.015%；S≤0.005%。本发明用钢是在电炉冶炼过程中控制铁水比≥70%，出钢时控制[P]≤0.010%，严禁下氧化渣；在钢包精炼炉精炼过程中，采用CaO-SiO₂-Al₂O₃含量渣系，控制熔渣碱度R（CaO/SiO₂）=4.0～7.0；微调成分C：0.32-0.38%；Mn：0.90-1.10%；Si：0.20-0.40%；Cr：0.15-0.35%；V：0.020-0.10%；P≤0.015%；S≤0.005%。VD精炼处理工序喂硅钙线，1-4米/吨钢，并底吹氩10分钟以上；浇注采用氩气保护、低温浇注。采用本发明，可以使钢中［H］≤1×10^-6，［O］≤20×10^-610^-6，［N］≤80×10^-6；非金属夹杂物级别：A类、B类、C类、D类夹杂物均不大于1.0级；车轴通过正火处理后各项指标远远高于目前国内通用的GB5068标准中JZ40、JZ45、JZ50指标，能够满足大功率电力机车车轴的技术要求。

Description

一种车轴用钢及其制造方法

技术领域

本发明属于冶金行业，具体是一种车轴用钢及制造方法。

背景技术

电力机车是从铁路沿线的接触网获取电能产生牵引动力的机车，是非自带能源的机车，它较自带能源的内燃机车起动快、速度高、善于爬坡，已开始逐步取代内燃机车。随着铁道车辆的载重量以及运行速度的不断提高，要求机车的牵引能力不断提高，机车功率也不断增大。国际电力机车功率最大为9600千瓦，现在我国大秦线运行。为了保证铁路运行安全，大功率电力机车车轴要求具有高纯净度、高强韧性。大功率电力机车车轴钢的检验方法执行GB5068，拉伸性能值应符合表1，20℃时冲击值应符合表2。钢的非金属夹杂物按GB/T10561-2005方法A进行检测，测试值应符合表3。目前，我国使用的GB5068“铁路机车、车辆车轴用钢”中JZ40、JZ45、JZ50钢无法满足大功率电力机车车轴钢的要求。

表1

表2 单位：J

表3 单位：级

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种大功率电力机车车轴用钢及制造方法，达到大功率电力机车车轴钢质纯净、性能良好，保证铁路机车运行高效、安全。

车轴是铁道机车车辆最关键的走行部件之一，车轴在列车运行过程中承受着旋转弯曲、拉伸、冲击，特别是大功率电力机车，牵引力大，运行速度快，车轴服役条件恶劣，因此，要求钢本质纯净、具有高强度、高塑性以及高韧性。

碳是钢中最基本的元素，它对机械性能和工艺性能影响显著，随着钢中含碳量的增加，钢的强度提高，但塑性、韧性降低。

锰能溶于铁素体而强化铁素体基体，提高钢的强度、硬度和淬透性，但会使钢的延展性和韧性略有降低。

铬主要是提高钢的淬透性、耐腐蚀性能，同时对提高钢的强度、硬度、耐磨性、弹性极限和屈服极限起着重要的作用。

钒与钢中C、N生成V(C、N)细小、弥散的第二相与AlN一起阻止奥氏体晶粒长大，显著细化晶粒，并提高钢的晶粒粗化温度，V含量过低，细化晶粒作用不明显，V含量过高，析出物偏多，尽管晶粒细化，强度提高，但塑性降低，而且成本增加。

在一般情况下，磷、硫是钢中有害元素，磷增加钢的冷脆性，降低塑性，硫使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。

综合考虑各元素对钢的性能的影响并结合实验结果，本大功率电力机车车轴用钢成分的质量百分配比为：

C：0.32-0.38%； Mn：0.90-1.10%； Si：0.20-0.40%； Cr：0.15-0.35%； V：0.020-0.10%； P≤0.015%； S ≤0.005%

在电炉冶炼过程中控制铁水质量百分比≥70%，出钢时控制[P]≤0.010%，严禁使用氧化渣；在钢包精炼炉精炼过程中，采用，CaO-SiO2-Al2O3渣系，控制熔渣碱度R（CaO/SiO2）= 4.0～7.0；成分C：0.32-0.38%； Mn：0.90-1.10%； Si：0.20-0.40%； Cr：0.15-0.35%；V：0.020-0.10%； P≤0.015%； S ≤0.005%。VD精炼处理工序喂硅钙线，1-4米/吨钢，并底吹氩10分钟以上；浇注采用氩气保护、低温浇注。采用本发明，可以使钢中［H］≤1×10-6，［O］≤20×10-610-6，［N］≤80×10-6；非金属夹杂物级别：A类、B类、C类、D类夹杂物均不大于1.0级；车轴通过正火处理后各项指标远远高于目前国内通用的GB5068标准中JZ40、JZ45、JZ50指标，能够满足大功率电力机车车轴的技术要求。

本发明所采用的技术方案是：一种车轴用钢，该钢的质量百分比含量为：C质量百分比含量0.32-0.38%， Mn质量百分比含量0.90-1.10%，Si质量百分比含量0.20-0.40%，Cr质量百分比含量0.15-0.35%； V质量百分比含量0.020-0.10%，P质量百分比含量≤0.015%，S质量百分比含量≤0.005%，其它为Fe和不可避免的杂质。

一种车轴用钢的制造方法，按照如下的步骤进行，

步骤一，电炉冶炼工序，将废钢和预处理后的铁水加入电炉冶炼，吹氧5-10分钟后，加入石灰进行脱C、脱P，去除杂质，P的质量百分比含量≤0.010%时出钢，将钢水倒入钢包中进行初步合金化；

步骤二，钢包炉精炼工序，将装有钢水的钢包移到精炼工位，进行造渣、脱氧，在该工序中采用CaO/SiO2- Al2O3渣系，在线喂Al线，控制碱度R为4.0～7.0；加入铁合金或金属来微调各元素成分，使钢水中各元素成分质量百分比达到 C质量百分比含量0.32-0.38%，Mn质量百分比含量0.90-1.10%，Si质量百分比含量0.20-0.40%，Cr质量百分比含量0.15-0.35%，V质量百分比含量0.020-0.10%， P质量百分比含量≤0.015%， S 质量百分比含量≤0.005%，钢水转移出该钢包炉精炼工序。

作为一种优选方法：步骤一中所述废钢中P质量百分比含量≤0.035%且S质量百分比含量≤0.040%。

作为一种优选方法：步骤一中所述选预处理后的铁水P质量百分比含量≤0.070%且S质量百分比含量≤0.010%，温度为1250-1500℃。

作为一种优选方法：步骤一中按照废钢和预处理铁水的总重每吨加入20-40kg石灰。

作为一种优选方法：步骤一中所述钢包中加入石灰、萤石、合成渣和硅铝钡使所述钢包中钢水的熔渣碱度R达到4.0～7.0，所述钢包中加入硅铁、硅锰，使所述钢水中金属元素含量达到Mn质量百分比含量0.90-1.0%，Si质量百分比含量0.20-0.30%。

作为一种优选方法：步骤二中所述Al线规格为φ13mm，35Kg/100m，喂入量为每吨钢水加入2-6米；

作为一种优选方法：步骤二中控制碱度是在1620-1680℃加入石灰。

作为一种优选方法：步骤二中微调各元素成分达到范围成分后，控制碱度R为4.0～7.0保持20-25分钟。

本发明的有益效果是：本发明可保证大功率电力机车车轴钢质纯净、性能良好，各项指标远远高于目前国内通用的GB5068标准中JZ40、JZ45、JZ50指标，能够满足大功率电力机车车轴的技术要求。

具体实施方式

实施例1

本实施例的车轴用钢成分的质量百分配比为： C：0.32%； Mn： 0.90%； Si： 0.20%； Cr：0.15%； V：0.20%； P：0.015%； S：0.005%。

Ⅰ 冶炼

（1）将废钢熔化和氧化，把废钢8吨加入60吨转炉中，废钢中的P=0.035%、S=0.040%；再把50吨预处理后的铁水加入到同一电炉中，预处理后的铁水温度为1431℃、P=0.070%、S =0.010%。

（2）加入铁水后开始吹氧助熔，吹氧5分钟后加入石灰2156Kg。在冶炼过程中废钢和石灰迅速熔化，同时脱C、脱P、去气、去夹杂。

（3）出钢温度为1667℃, P=0.008%；然后把钢水倒入装有硅锰合金600 kg、碳锰合金100 kg、硅铁合金150 kg、石灰500 kg、合成渣300 kg、硅铝钡200Kg，萤石200Kg，并烘烤35分钟的钢包精炼炉的钢包内，钢水在该钢包内进行钢水初步合金化。

Ⅱ 钢包炉精炼

（1）把装有钢水的钢包精炼炉的钢包移到LF精炼工位，测温1564℃，喂Al线规格为φ13mm，35Kg/100m，送电，加电石65Kg。

（2）取样分析，钢水的化学成分的重量百分配比为：

C=0.15%；Si=0.22%；Mn=0.76%；P=0.011%；S=0.003%； V=0.15%；Cr：0.15%其余为Fe与不可避免的杂质。

调渣加石灰50Kg、调成分加碳锰120Kg，碳粉90Kg，。

（3）取样分析，钢水的化学成分的重量百分配比为：

C=0.29%；Si=0.21%；Mn=0.88%；P=0.013%；S=0.001%； V=0.15%；Cr：0.15%.其余为Fe与不可避免的杂质。

调渣加石灰50Kg；调成分加钒铁130Kg。

（4）取样分析，钢水的化学成分的重量百分配比为：

C：0.32%； Mn： 0.90%； Si： 0.20%； Cr：0.15%； V：0.20%； P：0.015%； S：0.005%，其余为Fe与不可避免的杂质。

（5）测温 1668℃，精炼结束。

之后，进行真空脱气处理、模铸成钢锭，浇铸过程取样分析化学成分，钢的熔炼成分如下：

C：0.32%； Mn： 0.90%； Si： 0.20%； Cr：0.15%； V：0.20%； P：0.015%； S：0.005%，其余为Fe与不可避免的杂质。钢中[H]=0.8×10-6；[O]=9×10-6；[N]]=55×10-6

钢锭红送型材厂加热并轧制成280mm方钢。按照GB5068，样坯经正火处理后，取样检验，力学性能见表4。

实施例2

C=0.32%；Si=0.28%；Mn=1.08%；P=0.013%；S=0.001%；V=0.08%；Cr：0.34%

Ⅰ 冶炼

（1）将废钢熔化和氧化，把废钢9吨加入60吨转炉中，废钢中的P=0.029%、S=0.024%；再把51吨预处理后的铁水加入到同一电炉中，预处理后的铁水温度为1446℃、P=0.042%、S =0.008%。

（2）加入铁水后开始吹氧助熔，吹氧5分钟后加入石灰1150 Kg。在冶炼过程中废钢和石灰迅速熔化，同时脱C、脱P、去气、去夹杂。

（3）钢水温度达到1667℃， P=0.009%出炉；然后把钢水倒入装有硅锰合金600kg、石灰500 kg、合成渣300 kg、硅铝钡200Kg，萤石200Kg，并烘烤35分钟的钢包精炼炉的钢包内，钢水在该钢包内进行钢水初步合金化。

Ⅱ 钢包炉精炼

（1）把装有钢水的钢包精炼炉的钢包移到LF精炼工位，测温1564℃，喂Al线100Kg，送电，加电石65Kg。

（2）取样分析，钢水的化学成分的重量百分配比为：

C=0.20%；Si=0.20%；Mn=0.94%；P=0.012%；S=0.005%； V=0.01%；Cr：0.04%其余为Fe与不可避免的杂质。

调渣加石灰100Kg。

（3）取样分析，钢水的化学成分的重量百分配比为：

C=0.27%；Si=0.27%；Mn=0.99%；P=0.013%；S=0.001%； V=0.01%；Cr：0.04%其余为Fe与不可避免的杂质。

调渣加石灰100Kg；调成分加钒铁85Kg；碳锰50Kg；铬铁330Kg。

（4）取样分析，钢水的化学成分的重量百分配比为：

C=0.32%；Si=0.27%；Mn=1.08%；P=0.013%；S=0.001%；V=0.08%；Cr：0.34%其余为Fe与不可避免的杂质。

（5）测温 1668℃，精炼结束。

C=0.32%；Si=0.28%；Mn=1.08%；P=0.013%；S=0.001%；V=0.08%；Cr：0.34%其余为Fe与不可避免的杂质。钢中[H]=0.6×10-6；[O]=11×10-6；[N]]=51×10-6

钢锭红送型材厂加热并轧制成200mm方钢。按照GB5068，样坯经正火处理后，取样检验，力学性能见表4。

实施例3

C=0.38%；Si=0.33%；Mn=1.01%；P=0.009%；S=0.001%；V=0.06%；Cr：0.20%

Ⅰ 冶炼

（1）将废钢熔化和氧化，把废钢11吨加入60吨转炉中，废钢中的P=0.024%、S=0.020%；再把49吨预处理后的铁水加入到同一电炉中，预处理后的铁水温度为1442℃、P=0.039%、S =0.010%。

（2）加入铁水后开始吹氧助熔，吹氧5分钟后加入石灰1800 Kg。在冶炼过程中废钢和石灰迅速熔化，同时脱C、脱P、去气、去夹杂。

（3）钢水温度达到1661℃, P=0.006%时出炉；然后把钢水倒入装有硅锰合金650kg、石灰500 kg、合成渣300 kg、硅铝钡200Kg，萤石200Kg，并烘烤35分钟的钢包精炼炉的钢包内，钢水在该钢包内进行钢水初步合金化。

Ⅱ 钢包炉精炼

（2）取样分析，钢水的化学成分的重量百分配比为：

C=0.24%；Si=0.25%；Mn=0.84%；P=0.008%；S=0.005%； V=0.01%；Cr：0.06%其余为Fe与不可避免的杂质。

调渣加石灰100Kg，调成分加碳锰160Kg，碳粉35Kg

（3）取样分析，钢水的化学成分的重量百分配比为：

C=0.38%；Si=0.30%；Mn=1.06%；P=0.013%；S=0.001%； V=0.01%；Cr：0.04%其余为Fe与不可避免的杂质。

调渣加石灰100Kg；调成分加钒铁85Kg；碳锰50Kg；铬铁130Kg。

（4）取样分析，钢水的化学成分的重量百分配比为：

C=0.38%；Si=0.33%；Mn=1.01%；P=0.009%；S=0.001%；V=0.06%；Cr：0.20%，其余为Fe与不可避免的杂质。

（5）测温 1668℃，精炼结束。

C=0.38%；Si=0.33%；Mn=1.01%；P=0.009%；S=0.001%；V=0.06%；Cr：0.20%

其余为Fe与不可避免的杂质。钢中[H]=0.6×10-6；[O]=13×10-6；[N]]=53×10-6

钢锭红送型材厂加热并轧制成260mm方钢。按照GB5068，样坯经正火处理后，取样检验，力学性能见表4。

上述实施例钢熔炼化学成分的质量百分比（%）及钢液中测试的[H]（×10-6）见表4。

表 4

上述实施例1-3制备的钢材上取样分析气体含量（×10^-6）见表5。

表 5

上述实施例1-3制备的钢，按照GB/T10561-2005标准的夹杂物级别评价（级）测定，结果见表6。

表 6

从上述表6可以看出本发明的大功率电力机车车轴用钢的夹杂物（级）远远高于GB5068中的车轴用钢的要求。

上述实施例1-3制备的钢材按照GB5068切取样坯，样坯正火处理后按照GB5068标准取力学性能试样、测定，测定结果见下表7。

表7

本发明车车轴用钢及制造方法，可保证大功率电力机车车轴钢质纯净、性能良好，各项指标远远高于目前国内通用的GB5068标准中JZ40、JZ45、JZ50指标，能够满足大功率电力机车车轴的技术要求。

Claims

1.一种车轴用钢，其特征在于：该钢的质量百分比含量为：C质量百分比含量0.32-0.38%， Mn质量百分比含量0.90-1.10%，Si质量百分比含量0.20-0.40%，Cr质量百分比含量0.15-0.35%； V质量百分比含量0.020-0.10%，P质量百分比含量≤0.015%，S质量百分比含量≤0.005%，其它为Fe和不可避免的杂质。

2.一种权利要求1车轴用钢的制造方法，其特征在于：按照如下的步骤进行，

3.根据要求要求2所述的车轴用钢的制造方法，其特征在于：步骤一中所述废钢中P质量百分比含量≤0.035%且S质量百分比含量≤0.040%。

4.根据要求要求2所述的车轴用钢的制造方法，其特征在于：步骤一中所述选预处理后的铁水P质量百分比含量≤0.070%且S质量百分比含量≤0.010%，温度为1250-1500℃。

5.根据要求要求2所述的车轴用钢的制造方法，其特征在于：步骤一中按照废钢和预处理铁水的总重每吨加入20-40kg石灰。

6.根据要求要求2所述的车轴用钢的制造方法，其特征在于：步骤一中所述钢包中加入石灰、萤石、合成渣和硅铝钡使所述钢包中钢水的熔渣碱度R达到4.0～7.0，所述钢包中加入硅铁、硅锰，使所述钢水中金属元素含量达到Mn质量百分比含量0.90-1.0%，Si质量百分比含量0.20-0.30%。

7.根据要求要求2所述的车轴用钢的制造方法，其特征在于：步骤二中所述Al线规格为φ13mm，35Kg/100m，喂入量为每吨钢水加入2-6米；

根据要求要求2所述的车轴用钢的制造方法，其特征在于：步骤二中控制碱度是在1620-1680℃加入石灰。

8.根据要求要求2所述的车轴用钢的制造方法，其特征在于：步骤二中微调各元素成分达到范围成分后，控制碱度R为4.0～7.0保持20-25分钟。