CN104762560A

CN104762560A - 高强度低松弛铁路轨枕pc钢棒用钢及其冶炼方法

Info

Publication number: CN104762560A
Application number: CN201510123663.7A
Authority: CN
Inventors: 王琪; 白瑞国; 张兴利; 梁新维; 韩春良; 张俊粉
Original assignee: Hebei Iron and Steel Group Co Ltd Chengde Branch
Current assignee: Hebei Iron and Steel Co Ltd; Hebei Iron and Steel Group Co Ltd Chengde Branch
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2015-07-08

Abstract

本发明涉及高强度低松弛铁路轨枕PC钢棒用钢及其冶炼方法，属于冶金技术领域，具体生产工艺为：半钢入炉进行转炉冶炼，转炉出钢过程，随钢流加入合金及脱氧剂，出钢结束后，向钢包中兑入铁水调整碳、钒、铬、硅成分含量,钢包在吹氩站吹氩结束后，吊至LF炉精炼，化渣结束后，调整铬、钛、钒元素至要求含量，得到合格钢坯。本发明采用V、Cr元素复合微合金化、高硅含量成分设计，得到高强度、低松弛PC钢棒用钢，通过此方法能够生产出性能合格的铁路轨枕用PC钢棒用钢，替代了进口盘条，降低了生产成本。

Description

高强度低松弛铁路轨枕PC钢棒用钢及其冶炼方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种高强度低松弛铁路轨枕PC钢棒用钢及其冶炼方法。

背景技术

铁路轨枕用PC钢棒是高档次预应力钢材中的一个新品种，预应力混凝土轨枕除了能大量节约优质钢材外，还有使用寿命长、轨道稳定性好，能满足高速、大运量要求等优点，因此对钢性能提出了更加十分苛刻的要求，要求轨枕具有高承载的同时，还要适应高速度列车行驶等综合能力，对轨枕钢丝要求其具有高强度，良好塑性指标及抗弯曲变形能力等。目前我国此产品还主要依靠进口，进口量占60%。国内外生产PC钢棒大多采用Si-Mn系低合金钢和高碳钢成分设计，例如美国、日本采用如下成分设计：

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高强度低松弛铁路轨枕PC钢棒用钢及其冶炼方法，该方法采用 V、Cr微合金化的成分设计思路，通过炼钢过程控制关键工艺点，得到一种生产高强度、低松弛、可焊性等综合力学性能合格铁路轨枕PC钢棒用钢。

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高强度低松弛铁路轨枕PC钢棒用钢，其化学成分组成如下：所述钢坯成分的质量百分比为：C:0.36～0.42wt%，Si:1.55～1.85wt%，Mn:1.10～1.30wt%，Cr:0.30～0.40wt%，V:0.015～0.030wt%，P:≤0.025wt%，S:≤0.025wt%，Ti:0.010～0.025wt%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明的另一目的在于提供一种上述高强度低松弛铁路轨枕PC钢棒用钢的冶炼方法，采取下述工艺步骤：

1）转炉冶炼：半钢入炉进行转炉冶炼，在温度1640-1670℃条件下，冶炼钢水质量百分比达下述要求时出钢：C:0.10～0.20％，S:≤0.025%，P:≤0.010%；

2）转炉出钢：出钢过程，随钢流加入合金及脱氧剂，出钢结束后，向钢包中兑入铁水调整碳、钒、铬、硅成分含量分别为C:0.36-0.40％，V:0.010-0.020％，Cr:0.30-0.35％，Si:1.55～1.85%；

3）LF炉精炼：钢包在吹氩站吹氩结束后，吊至LF炉精炼，保持白渣时间≥12min，控制炉渣碱度为3-5，化渣结束后，补充铬铁、钛铁、钒铁，调整铬、钛、钒元素至要求含量，得到合格钢坯；

所述钢坯成分的质量百分比为：C:0.36～0.42wt%，Si:1.55～1.85wt%，Mn:1.10～1.30wt%，Cr:0.30～0.40wt%，V:0.015～0.030wt%，P:≤0.025wt%，S:≤0.025wt%，Ti:0.010～0.025wt%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明所述步骤1）中半钢入炉的条件为：C:≥3.80%,S:≤0.040%。

本发明所述步骤2）中加入合金及脱氧剂的时间为出钢1/4时开始加入，出钢3/4时添加完毕。

本发明所述步骤2）中合金及脱氧剂按顺序加入，所述合金为硅锰合金和低铝硅铁，所述脱氧剂为硅钙钡脱氧剂。

本发明所述步骤2）中兑入铁水所含成分为：C:4.20～4.40％，V:0.30～0.36％，Cr:0.18～0.25％，P≤0.070％，S≤0.030％。

本发明所述步骤3）中LF炉精炼温度为1530-1550℃。

本发明在转炉出钢过程加入低铝硅铁增硅至1.55～1.85%，使用低铝硅铁增硅减少钢水中铝含量，降低脆性夹杂物含量。

本发明的设计思路是：依据各常规元素在钢中的作用机理和PC钢棒用钢的特点和用途，采用不同以往的C强化元素，通过V、Cr微合金化和高Si成分设计，加入0.015～0.03%V可以在回火时弥散强化，细化晶粒；添加0.30～0.40%Cr增加其淬透性；采用高Si：1.55～1.85%，回火温度高，有利于提高热加工镦头的塑性。本发明制定的铁路轨枕用PC钢棒用钢的化学成分见表1。

表1 铁路轨枕用高强度PC钢棒用钢化学成分：wt％

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：采用V、Cr元素复合微合金化、高硅含量成分设计，得到高强度、低松弛PC钢棒用钢，其性能优良：Rm≥1570MPa，Rel≥1330MPa，100mm伸长率A≥4%，180°弯曲次数≥4，1000h松弛值≤2.5%。通过此方法能够生产出性能合格的铁路轨枕用PC钢棒用钢，替代了进口盘条，降低了生产成本。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

炉号9504650

1）转炉冶炼：半钢入炉进行转炉冶炼，在温度1658℃条件下，冶炼钢水质量百分比达下述要求时出钢：C:0.16％，S:0.020%，P:0.009%；

所述步骤1）中半钢入炉的条件为：C: 4.08%,S: 0.031%；

2）转炉出钢：出钢过程，出钢1/4时开始加入硅锰合金2221kg,低铝硅铁2042kg,硅钙钡脱氧剂210kg，出钢3/4时添加完毕,出钢结束后，向钢包中兑入含钒铁水4吨（铁水成分：C:4.34%，V:0.35%,Cr:0.21%，P:0.070％，S:0.030％）；调整碳、钒、铬、硅成分含量分别为C:0.39％，V:0.017％，Cr:0.31％，Si:1.56％；

3）LF炉精炼：钢包在吹氩站吹氩结束后，吊至LF炉精炼，精炼温度为1530℃，保持白渣时间14min，以使夹杂物上浮，提高钢水纯净度，控制炉渣碱度为3，化渣结束后，补充铬铁、钛铁、钒铁，调整铬、钛、钒元素至要求含量，得到合格钢坯；此炉实际得到钢坯成分：

其余为Fe和不可避免的杂质。

该炉号钢制成PC钢棒的性能指标为：Rm=1595MPa，Rel=1350MPa，100mm伸长率A=4.9%，180°弯曲次数6，1000h松弛值=2.1%。

实施例2：

炉号9504647

1）转炉冶炼：半钢入炉进行转炉冶炼，在温度1650℃条件下，冶炼钢水质量百分比达下述要求时出钢：C:0.12％，S:0.021%，P:0.007%；

所述步骤1）中半钢入炉的条件为：C: 3.97%,S: 0.035%；

2）转炉出钢：出钢过程，出钢1/4时开始加入硅锰合金2225kg,低铝硅铁2040kg,硅钙钡脱氧剂230kg，出钢3/4时添加完毕,出钢结束后，向钢包中兑入含钒铁水5.2吨（铁水成分：C:4.34%，V:0.35%,Cr:0.21%，P:0.070％，S:0.030％）；调整碳、钒、铬、硅成分含量分别为C:0.40％，V: 0.015％，Cr:0.30％，Si:1.58％；

3）LF炉精炼：钢包在吹氩站吹氩结束后，吊至LF炉精炼，精炼温度为1530℃，保持白渣时间15min，以使夹杂物上浮，提高钢水纯净度，控制炉渣碱度为5，化渣结束后，补充铬铁、钛铁、钒铁，调整铬、钛、钒元素至要求含量，得到合格钢坯；此炉实际得到钢坯成分：

其余为Fe和不可避免的杂质。

该炉号钢制成PC钢棒的性能指标为：Rm=1583MPa，Rel=1342MPa，100mm伸长率A=5.1%，180°弯曲次数6，1000h松弛值=1.8%。

实例3：

炉号9504648

1）转炉冶炼：半钢入炉进行转炉冶炼，在温度1662℃条件下，冶炼钢水质量百分比达下述要求时出钢：C:0.17％，S:0.020%，P:0.009%；

所述步骤1）中半钢入炉的条件为：C: 4.10%,S: 0.032%；

2）转炉出钢：出钢过程，出钢1/4时开始加入硅锰合金2220kg,低铝硅铁2050kg,硅钙钡脱氧剂200kg，出钢3/4时添加完毕,出钢结束后，向钢包中兑入含钒铁水5吨（铁水成分：C:4.34%，V:0.35%,Cr:0.21%，P:0.070％，S:0.030％）；调整碳、钒、铬、硅成分含量分别为C:0.40％，V:0.016％，Cr:0.32％，Si:1.67％；

3）LF炉精炼：钢包在吹氩站吹氩结束后，吊至LF炉精炼，精炼温度为1550℃，保持白渣时间12min，以使夹杂物上浮，提高钢水纯净度，控制炉渣碱度为4，化渣结束后，补充铬铁、钛铁、钒铁，调整铬、钛、钒元素至要求含量，得到合格钢坯；此炉实际得到钢坯成分：

其余为Fe和不可避免的杂质。

该炉号钢制成PC钢棒的性能指标为：Rm=1600MPa，Rel=1415MPa，100mm伸长率A=4.5%，180°弯曲次数5，1000h松弛值=2.2%。

实施例4

炉号9504650

1）转炉冶炼：半钢入炉进行转炉冶炼，在温度1640℃条件下，冶炼钢水质量百分比达下述要求时出钢：C:0.10％，S:0.022%，P:0.009%；

所述步骤1）中半钢入炉的条件为：C: 4.08%,S: 0.031%；

2）转炉出钢：出钢过程，出钢1/4时开始加入硅锰合金2221kg,低铝硅铁2042kg,硅钙钡脱氧剂210kg，出钢3/4时添加完毕,出钢结束后，向钢包中兑入含钒铁水4.5吨（铁水成分：C:4.20%，V:0.30%,Cr:0.25%，P:0.010％，S:0.010％）；调整碳、钒、铬、硅成分含量分别为C:0.36％，V:0.02％，Cr:0.30％，Si:1.55％；

3）LF炉精炼：钢包在吹氩站吹氩结束后，吊至LF炉精炼，精炼温度为1540℃，保持白渣时间14min，以使夹杂物上浮，提高钢水纯净度，控制炉渣碱度为3，化渣结束后，补充铬铁、钛铁、钒铁，调整铬、钛、钒元素至要求含量，得到合格钢坯；此炉实际得到钢坯成分：

其余为Fe和不可避免的杂质。

该炉号钢制成PC钢棒的性能指标为：Rm=1580MPa，Rel=1341MPa，100mm伸长率A=5.3%，180°弯曲次数6，1000h松弛值=1.7%。

实施例5：

炉号9504647

1）转炉冶炼：半钢入炉进行转炉冶炼，在温度1670℃条件下，冶炼钢水质量百分比达下述要求时出钢：C:0.20％，S:0.025%，P:0.010%；

所述步骤1）中半钢入炉的条件为：C: 3.80%,S: 0.040%；

2）转炉出钢：出钢过程，出钢1/4时开始加入硅锰合金2225kg,低铝硅铁2040kg,硅钙钡脱氧剂230kg，出钢3/4时添加完毕,出钢结束后，向钢包中兑入含钒铁水5.4吨（铁水成分：C:4.40%，V:0.36%,Cr:0.18%，P:0.020％，S:0.015％）；调整碳、钒、铬、硅成分含量分别为C:0.39％，V:0.01％，Cr:0.35％，Si:1.85％；

3）LF炉精炼：钢包在吹氩站吹氩结束后，吊至LF炉精炼，精炼温度为1545℃，保持白渣时间12min，以使夹杂物上浮，提高钢水纯净度，控制炉渣碱度为5，化渣结束后，补充铬铁、钛铁、钒铁，调整铬、钛、钒元素至要求含量，得到合格钢坯；此炉实际得到钢坯成分：

其余为Fe和不可避免的杂质。

该炉号钢制成PC钢棒的性能指标为：Rm=1598MPa，Rel=1372MPa，100mm伸长率A=4.8%，180°弯曲次数5，1000h松弛值=2.0%。

Claims

1. 一种高强度低松弛铁路轨枕PC钢棒用钢，其特征在于，其化学成分组成如下：所述钢坯成分的质量百分比为：C:0.36～0.42wt%，Si:1.55～1.85wt%，Mn:1.10～1.30wt%，Cr:0.30～0.40wt%，V:0.015～0.030wt%，P:≤0.025wt%，S:≤0.025wt %，Ti:0.010～0.025wt%，其余为Fe和不可避免的杂质。

2. 基于权利要求1所述的高强度低松弛铁路轨枕PC钢棒用钢的冶炼方法，采用转炉炼钢工艺生产，其特征在于，生产工艺如下：

3. 根据权利要求2所述的高强度低松弛铁路轨枕PC钢棒用钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤1）中半钢入炉的条件为：C:≥3.80%,S:≤0.040%。

4. 根据权利要求2所述的高强度低松弛铁路轨枕PC钢棒用钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤2）中加入合金及脱氧剂的时间为出钢1/4时开始加入，出钢3/4时添加完毕。

5.根据权利要求2所述的高强度低松弛铁路轨枕PC钢棒用钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤2）中合金及脱氧剂按顺序加入，所述合金为硅锰合金和低铝硅铁，所述脱氧剂为硅钙钡脱氧剂。

6.根据权利要求2所述的高强度低松弛铁路轨枕PC钢棒用钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤2）中兑入铁水所含成分为：C:4.20～4.40％，V:0.30～0.36％，Cr:0.18～0.25％，P≤0.070％，S≤0.030％。

7.根据权利要求2所述的高强度低松弛铁路轨枕PC钢棒用钢的冶炼方法，其特征在于，所述步骤3）中LF炉精炼温度为1530-1550℃。