CN105543652A - 一种用于制造行车车轮的锻件钢钢水及其冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制造行车车轮的锻件钢钢水及其冶炼方法，所述的用于制造行车车轮的锻件钢钢水具有下列重量百分比的化学成分：C？0.32～0.38？wt%、Si？1.10～1.30？wt%、Mn？1.10～1.25wt%、Cr？0.20～0.30wt%、Ti？0.015～0.030wt%、S≤0.004wt%、P≤0.012wt%、O≤0.0010wt%、H≤0.00015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。制备方法包括KR法铁水预处理深脱硫、转炉冶炼、LF钢包炉精炼、VD炉真空精炼等工艺步骤；本发明所提供的钢水具有高洁净度及低夹杂物含量，用其生产的用于制造行车车轮的锻件钢具有高强度、高韧性及良好的耐磨耐蚀性，显著提升了行车车轮使用过程中的冲击韧性及抗疲劳性能，提高了行车车轮的使用寿命。

Description

一种用于制造行车车轮的锻件钢钢水及其冶炼方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种用于制造行车车轮的锻件钢钢水及其冶炼方法。

背景技术

行车车轮在运行过程中，车轮与钢轨之间发生激烈磨损，要求车轮踏面具有高硬度、高强度及良好的冲击韧性，以提高车轮承载能力、耐磨性、抗疲劳性能和抗冲击性能。为保证行车车轮钢具有上述性能，要求制造行车车轮的锻件钢材质具有高洁净度、高强高韧性及良好的耐磨耐蚀性。目前所使用的行车车轮钢大多采用65钢、65Mn等高碳钢生产，钢的硬度、耐磨性较好，但塑韧性相对较差，导致钢的冲击韧性及抗疲劳性能较差，制约了车轮使用寿命的提高。

目前国内已有关于车轮钢生产方面的专利和研究报道，但大多集中在汽车及火车用车轮钢方面，如武汉钢铁集团公司申请的专利“420MPa级汽车车轮用钢及其生产方法”，钢的化学成分为：C0.05-0.09wt%，Si≤0.15wt%，Mn0.50-0.90wt%，P≤0.020wt%，S≤0.008wt%，Nb0.010-0.025wt%，生产工艺包括转炉冶炼、LF炉精炼、连铸、板坯轧制等步骤，所生产的车轮钢具有良好的加工成型性能；北京科技大学申请的专利“一种含Nb高速列车车轮钢的生产方法”，钢的化学成分为：C0.40-0.70wt%，Mn0.70-0.80wt%，Si0.30-0.60wt%，Nb0.015-0.110wt%，Cr0.20-0.35wt%，P≤0.020wt%，S≤0.015wt%，通过冶炼和铸造工艺得到的高速列车车轮钢具有下列性能，抗拉强度为740-900MPa，屈服强度为450-570MPa，断后伸长率为15-25%，低温冲击功(Akv)为15-20J；鞍钢股份有限公司申请的专利“一种汽车车轮用钢及其生产方法”，钢的化学成分为：C0.07-0.10wt%，Si0.15-0.30wt%，Mn1.30-1.60wt%，P≤0.020wt%，S≤0.005wt%，采用转炉冶炼、RH精炼、板坯连铸及板坯轧制工艺生产，所生产的钢板强度高，焊接性能好。目前国内专利和论文检索尚无涉及用于制造行车车轮的锻件钢钢水及其冶炼方法的研究报道。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种用于制造行车车轮的锻件钢钢水；第二目的在于提供所述的用于制造行车车轮的锻件钢钢水的冶炼方法。

本发明的第一目的是这样实现的，所述的用于制造行车车轮的锻件钢钢水具有下列重量百分比的化学成分：C0.32～0.38wt%、Si1.10～1.30wt%、Mn1.10～1.25wt%、Cr0.20～0.30wt%、Ti0.015～0.030wt%、S≤0.004wt%、P≤0.012wt%、O≤0.0010wt%、H≤0.00015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

本发明的第二目的是这样实现的，包括以下步骤：

A、铁水预处理脱硫：将化学成分C4.5-5.0wt%、Si0.30-0.50wt%、Mn0.25-0.50wt%、P0.090-0.110wt%、S≤0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物的高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为2200-2400mm，按15.0～17.0kg/t_钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为8分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥4/5，扒净脱硫渣；预处理后铁水成分控制为：C4.5-4.8wt%、Si0.30-0.50wt%、Mn0.25-0.50wt%、P0.090-0.110wt%、S≤0.004wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；

B、钢水冶炼：将化学成分C4.5-4.8wt%、Si0.30-0.50wt%、Mn0.25-0.50wt%、P0.090-0.110wt%、S≤0.004wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物的A步骤的预处理深脱硫铁水、化学成分C0.16-0.25wt%、Si0.12-0.25wt%、Mn0.45-0.70wt%、P0.015-0.030wt%、S0.018-0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物的优质废钢及化学成分C3.2-3.4wt%、Si0.30-0.50wt%、Mn0.30-0.50wt%、P0.070-0.090wt%、S0.020-0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物的低磷硫生铁加入LD转炉中，进行常规顶底复合吹炼，分别按40.0～45.0kg/t_钢、20.0～23.0kg/t_钢、2.5～4.0kg/t_钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量≥0.10wt%，出钢温度≤1660℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰和精炼渣进行渣洗，石灰加入量为：3.0kg/t_钢，精炼渣加入量为：1.0kg/t_钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20～35NL/min；

C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅钙钡→硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按4.0kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si52.5wt%，Ca11.5wt%，Ba13.5wt%，Al4.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按13.8～16.8kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按14.0～16.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn75.6wt%，C6.7wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.1～5.0kg/t_钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr56.7wt%，C7.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.7～1.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的增碳剂：C92.15wt%，S0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发份1.64wt%，水份0.75wt%，其余为不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序；

D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用20～30NL/min的小氩量吹氩2分钟，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰4.0～6.0kg/t_钢，然后加入电石0.5kg/t_钢调渣，控制渣碱度为6.0～7.0；根据钢样分析结果，加入合金、铝丸调整钢液成分，再次观察渣液决定是否进一步调整，直至黑色消失呈现白色，控制钢水氧活度≤10ppm，ALs含量为0.010～0.020wt%，适当加大氩气流量为40～50NL/min，按0.6～1.3kg/t_钢的量，加入下列质量比的钛铁：Ti32.3wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩3分钟；之后将钢水温度加热至1635～1645℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线：Si56.5wt%、Ca29.4wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，喂线速度为2.5m/s，喂线量为200m；喂线结束采用流量为25～35NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入常规大包钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至VD炉真空精炼工位；

E、钢水VD炉真空精炼：将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用20～30NL/min的小氩量吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至65～70Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为40～60NL/min，在真空度65～70Pa条件下钢水脱气处理时间≥18分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧定氢；之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为20～30NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后，加入常规大包钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t_钢，即获得用于制造行车车轮的锻件钢钢水，钢水具有下列重量百分比的化学成分：C0.32～0.38wt%、Si1.10～1.30wt%、Mn1.10～1.25wt%、Cr0.20～0.30wt%、Ti0.015～0.030wt%、S≤0.004wt%、P≤0.012wt%、O≤0.0010wt%、H≤0.00015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，其工艺力学性能如表1和表2所示：

表1钢水生产的锻件钢夹杂物检验情况

表2钢水生产的锻件钢工艺力学性能

本发明所提供的钢水具有高洁净度及低夹杂物含量，用其生产的用于制造行车车轮的锻件钢具有高强度、高韧性及良好的耐磨耐蚀性，显著提升了行车车轮使用过程中的冲击韧性及抗疲劳性能，提高了行车车轮的使用寿命。

本发明在钢中加入适量Cr、Mn合金元素，提高了钢的淬透性、强度及耐磨性；提高钢中Si含量，促进了渗碳体颗粒的细化，同时使两相在塑性变形阶段表现出较强的相容性，铁素体产生较大塑性变形，促进了钢材强度提高和成形性能的改善；加入微合金强化元素Ti，锻造过程中在铁素体基体、晶界及位错线上形成和析出了细小弥散的TiC第二相，析出强化和细化晶粒作用显著，促进了钢强度的提高和塑韧性的改善；所生产的钢水具有高洁净度，钢中有害元素S、P含量低，P≤0.012wt%、S≤0.004wt%，氧含量≤0.0010wt%，氢含量≤0.00015wt%，非金属夹杂物≤0.5级；用其生产的制造行车车轮的锻件钢具有高强度、高韧性、良好的耐磨耐蚀性及冲击韧性，显著提高了行车车轮使用过程中的冲击韧性及抗疲劳性能，满足了行车车轮长期安全高效的运转。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明所述的用于制造行车车轮的锻件钢钢水具有下列重量百分比的化学成分：C0.32～0.38wt%、Si1.10～1.30wt%、Mn1.10～1.25wt%、Cr0.20～0.30wt%、Ti0.015～0.030wt%、S≤0.004wt%、P≤0.012wt%、O≤0.0010wt%、H≤0.00015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

本发明所述的用于制造行车车轮的锻件钢钢水的冶炼方法，其特征在于包括以下步骤：

A、铁水预处理脱硫：将化学成分C4.5-5.0wt%、Si0.30-0.50wt%、Mn0.25-0.50wt%、P0.090-0.110wt%、S≤0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物的高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为2200-2400mm，按15.0～17.0kg/t_钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为8分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥4/5，扒净脱硫渣；预处理后铁水成分控制为：C4.5-4.8wt%、Si0.30-0.50wt%、Mn0.25-0.50wt%、P0.090-0.110wt%、S≤0.004wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；

B、钢水冶炼：将化学成分C4.5-4.8wt%、Si0.30-0.50wt%、Mn0.25-0.50wt%、P0.090-0.110wt%、S≤0.004wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物的A步骤的预处理深脱硫铁水、化学成分C0.16-0.25wt%、Si0.12-0.25wt%、Mn0.45-0.70wt%、P0.015-0.030wt%、S0.018-0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物的优质废钢及化学成分C3.2-3.4wt%、Si0.30-0.50wt%、Mn0.30-0.50wt%、P0.070-0.090wt%、S0.020-0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物的低磷硫生铁加入LD转炉中，进行常规顶底复合吹炼，分别按40.0～45.0kg/t_钢、20.0～23.0kg/t_钢、2.5～4.0kg/t_钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量≥0.10wt%，出钢温度≤1660℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰和精炼渣进行渣洗，石灰加入量为：3.0kg/t_钢，精炼渣加入量为：1.0kg/t_钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20～35NL/min；

C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅钙钡→硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按4.0kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si52.5wt%，Ca11.5wt%，Ba13.5wt%，Al4.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按13.8～16.8kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按14.0～16.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn75.6wt%，C6.7wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.1～5.0kg/t_钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr56.7wt%，C7.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.7～1.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的增碳剂：C92.15wt%，S0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发份1.64wt%，水份0.75wt%，其余为不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序；

D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用20～30NL/min的小氩量吹氩2分钟，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰4.0～6.0kg/t_钢，然后加入电石0.5kg/t_钢调渣，控制渣碱度为6.0～7.0；根据钢样分析结果，加入合金、铝丸调整钢液成分，再次观察渣液决定是否进一步调整，直至黑色消失呈现白色，控制钢水氧活度≤10ppm，ALs含量为0.010～0.020wt%，适当加大氩气流量为40～50NL/min，按0.6～1.3kg/t_钢的量，加入下列质量比的钛铁：Ti32.3wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩3分钟；之后将钢水温度加热至1635～1645℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线：Si56.5wt%、Ca29.4wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，喂线速度为2.5m/s，喂线量为200m；喂线结束采用流量为25～35NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入常规大包钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至VD炉真空精炼工位；

E、钢水VD炉真空精炼：将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用20～30NL/min的小氩量吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至65～70Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为40～60NL/min，在真空度65～70Pa条件下钢水脱气处理时间≥18分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧定氢；之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为20～30NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后，加入常规大包钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t_钢，即获得用于制造行车车轮的锻件钢钢水，钢水具有下列重量百分比的化学成分：C0.32～0.38wt%、Si1.10～1.30wt%、Mn1.10～1.25wt%、Cr0.20～0.30wt%、Ti0.015～0.030wt%、S≤0.004wt%、P≤0.012wt%、O≤0.0010wt%、H≤0.00015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，其工艺力学性能如表1和表2所示：

表1钢水生产的锻件钢夹杂物检验情况

表2钢水生产的锻件钢工艺力学性能

本发明的具体实施方法如下：

A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水(化学成分C4.5-5.0wt%、Si0.30-0.50wt%、Mn0.25-0.50wt%、P0.090-0.110wt%、S≤0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为2200-2400mm，按15.0～17.0kg/t_钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为8分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥4/5，扒净脱硫渣；预处理后铁水成分控制为：C4.5-4.8wt%、Si0.30-0.50wt%、Mn0.25-0.50wt%、P0.090-0.110wt%、S≤0.004wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

B、钢水冶炼：将A步骤的预处理深脱硫铁水(化学成分C4.5-4.8wt%、Si0.30-0.50wt%、Mn0.25-0.50wt%、P0.090-0.110wt%、S≤0.004wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、优质废钢(化学成分C0.16-0.25wt%、Si0.12-0.25wt%、Mn0.45-0.70wt%、P0.015-0.030wt%、S0.018-0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)及低磷硫生铁(化学成分C3.2-3.4wt%、Si0.30-0.50wt%、Mn0.30-0.50wt%、P0.070-0.090wt%、S0.020-0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)加入LD转炉中，进行常规顶底复合吹炼，分别按40.0～45.0kg/t_钢、20.0～23.0kg/t_钢、2.5～4.0kg/t_钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量≥0.10wt%，出钢温度≤1660℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰和精炼渣进行渣洗，石灰加入量为：3.0kg/t_钢，精炼渣加入量为：1.0kg/t_钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20～35NL/min。

C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅钙钡→硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按4.0kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si52.5wt%，Ca11.5wt%，Ba13.5wt%，Al4.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按13.8～16.8kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按14.0～16.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn75.6wt%，C6.7wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.1～5.0kg/t_钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr56.7wt%，C7.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.7～1.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的增碳剂：C92.15wt%，S0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发份1.64wt%，水份0.75wt%，其余为不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序。

D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量(20～30NL/min)吹氩2分钟，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰4.0～6.0kg/t_钢，然后加入电石0.5kg/t_钢调渣，控制渣碱度为6.0～7.0；根据钢样分析结果，加入合金、铝丸调整钢液成分，再次观察渣液决定是否进一步调整，直至黑色消失呈现白色，控制钢水氧活度≤10ppm，ALs含量为0.010～0.020wt%，适当加大氩气流量(40～50NL/min)，按0.6～1.3kg/t_钢的量，加入下列质量比的钛铁：Ti32.3wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩3分钟；之后将钢水温度加热至1635～1645℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线：Si56.5wt%、Ca29.4wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，喂线速度为2.5m/s，喂线量为200m；喂线结束采用流量为25～35NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入常规大包钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至VD炉真空精炼工位；

E、钢水VD炉真空精炼：将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用小氩量(20～30NL/min)吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至65～70Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为40～60NL/min，在真空度65～70Pa条件下钢水脱气处理时间≥18分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧定氢；之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为20～30NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后，加入常规大包钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t_钢，即获得一种用于制造行车车轮的锻件钢钢水，钢水具有下列重量百分比的化学成分：C0.32～0.38wt%、Si1.10～1.30wt%、Mn1.10～1.25wt%、Cr0.20～0.30wt%、Ti0.015～0.030wt%、S≤0.004wt%、P≤0.012wt%、O≤0.0010wt%、H≤0.00015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

本发明具有下列优点和有益效果：

本发明在钢中加入适量Cr、Mn合金元素，提高了钢的淬透性、强度及耐磨性；提高钢中Si含量，促进了渗碳体颗粒的细化，同时使两相在塑性变形阶段表现出较强的相容性，铁素体产生较大塑性变形，促进了钢材强度提高和成形性能的改善；加入微合金强化元素Ti，锻造过程中在铁素体基体、晶界及位错线上形成和析出了细小弥散的TiC第二相，析出强化和细化晶粒作用显著，促进了钢强度的提高和塑韧性的改善；所生产的钢水具有高洁净度，钢中有害元素S、P含量低，P≤0.012wt%、S≤0.004wt%，氧含量≤0.0010wt%，氢含量≤0.00015wt%，非金属夹杂物≤0.5级；用其生产的制造行车车轮的锻件钢具有高强度、高韧性、良好的耐磨耐蚀性及冲击韧性，显著提高了行车车轮使用过程中的冲击韧性及抗疲劳性能，满足了行车车轮长期安全高效的运转。

下面以具体实施案例对本发明做进一步说明：

实施例1

A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水(化学成分C4.5wt%、Si0.30wt%、Mn0.25wt%、P0.090wt%、S0.013wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为2200-2400mm，按15.0kg/t_钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为8分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥4/5，扒净脱硫渣；预处理后铁水成分控制为：C4.5wt%、Si0.30wt%、Mn0.25wt%、P0.090wt%、S0.002wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

B、钢水冶炼：将A步骤的预处理深脱硫铁水(化学成分C4.5wt%、Si0.30wt%、Mn0.25wt%、P0.090wt%、S0.002wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、优质废钢(化学成分C0.16wt%、Si0.12wt%、Mn0.45wt%、P0.015wt%、S0.018wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)及低磷硫生铁(化学成分C3.2wt%、Si0.30wt%、Mn0.30wt%、P0.070wt%、S0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)加入LD转炉中，进行常规顶底复合吹炼，分别按40.0kg/t_钢、20.0kg/t_钢、2.5kg/t_钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量0.10wt%，出钢温度1650℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰和精炼渣进行渣洗，石灰加入量为：3.0kg/t_钢，精炼渣加入量为：1.0kg/t_钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20NL/min。

C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅钙钡→硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按4.0kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si52.5wt%，Ca11.5wt%，Ba13.5wt%，Al4.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按13.8kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按14.0kg/t_钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn75.6wt%，C6.7wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.1kg/t_钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr56.7wt%，C7.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.7kg/t_钢的量，加入下列质量比的增碳剂：C92.15wt%，S0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发份1.64wt%，水份0.75wt%，其余为不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序。

D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量(20NL/min)吹氩2分钟，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰4.0kg/t_钢，然后加入电石0.5kg/t_钢调渣，控制渣碱度为6.0；根据钢样分析结果，加入合金、铝丸调整钢液成分，再次观察渣液决定是否进一步调整，直至黑色消失呈现白色，控制钢水氧活度10ppm，ALs含量为0.010wt%，适当加大氩气流量(40NL/min)，按0.6kg/t_钢的量，加入下列质量比的钛铁：Ti32.3wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩3分钟；之后将钢水温度加热至1645℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线：Si56.5wt%、Ca29.4wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，喂线速度为2.5m/s，喂线量为200m；喂线结束采用流量为25NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入常规大包钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至VD炉真空精炼工位。

E、钢水VD炉真空精炼：将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用小氩量(20NL/min)吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至65Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为40NL/min，在真空度70Pa条件下钢水脱气处理时间18分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧定氢；之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为20NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后，加入常规大包钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t_钢，即获得一种用于制造行车车轮的锻件钢钢水，钢水具有下列重量百分比的化学成分：C0.32wt%、Si1.10wt%、Mn1.10wt%、Cr0.20wt%、Ti0.015wt%、S0.001wt%、P0.008wt%、O0.0010wt%、H0.00015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

本实施例提供的一种用于制造行车车轮的锻件钢工艺力学性能及夹杂物检验见表3、表4所示。

表3采用本实施例提供的钢水生产的锻件钢工艺力学性能

表4采用本实施例提供的钢水生产的锻件钢夹杂物检验情况

实施例2

A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水(化学成分C4.8wt%、Si0.40wt%、Mn0.38wt%、P0.102wt%、S0.017wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为2200-2400mm，按16.0kg/t_钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为8分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥4/5，扒净脱硫渣；预处理后铁水成分控制为：C4.7wt%、Si0.40wt%、Mn0.38wt%、P0.102wt%、S0.003wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

B、钢水冶炼：将A步骤的预处理深脱硫铁水(化学成分C4.7wt%、Si0.40wt%、Mn0.38wt%、P0.102wt%、S0.003wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、优质废钢(化学成分C0.20wt%、Si0.18wt%、Mn0.58wt%、P0.022wt%、S0.026wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)及低磷硫生铁(化学成分C3.3wt%、Si0.40wt%、Mn0.40wt%、P0.080wt%、S0.028wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)加入LD转炉中，进行常规顶底复合吹炼，分别按43.0kg/t_钢、21.0kg/t_钢、3.2kg/t_钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量0.12wt%，出钢温度1658℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰和精炼渣进行渣洗，石灰加入量为：3.0kg/t_钢，精炼渣加入量为：1.0kg/t_钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为28NL/min。

C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅钙钡→硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按4.0kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si52.5wt%，Ca11.5wt%，Ba13.5wt%，Al4.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按15.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按15.1kg/t_钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn75.6wt%，C6.7wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按4.0kg/t_钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr56.7wt%，C7.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.9kg/t_钢的量，加入下列质量比的增碳剂：C92.15wt%，S0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发份1.64wt%，水份0.75wt%，其余为不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序。

D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量(25NL/min)吹氩2分钟，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰5.2kg/t_钢，然后加入电石0.5kg/t_钢调渣，控制渣碱度为6.6；根据钢样分析结果，加入合金、铝丸调整钢液成分，再次观察渣液决定是否进一步调整，直至黑色消失呈现白色，控制钢水氧活度8ppm，ALs含量为0.016wt%，适当加大氩气流量(45NL/min)，按0.9kg/t_钢的量，加入下列质量比的钛铁：Ti32.3wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩3分钟；之后将钢水温度加热至1640℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线：Si56.5wt%、Ca29.4wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，喂线速度为2.5m/s，喂线量为200m；喂线结束采用流量为30NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入常规大包钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至VD炉真空精炼工位。

E、钢水VD炉真空精炼：将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用小氩量(25NL/min)吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至68Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为50NL/min，在真空度68Pa条件下钢水脱气处理时间20分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧定氢；之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为25NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后，加入常规大包钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t_钢，即获得一种用于制造行车车轮的锻件钢钢水，钢水具有下列重量百分比的化学成分：C0.35wt%、Si1.20wt%、Mn1.18wt%、Cr0.26wt%、Ti0.023wt%、S0.003wt%、P0.010wt%、O0.0008wt%、H0.00012wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

本实施例提供的一种用于制造行车车轮的锻件钢工艺力学性能及夹杂物检验见表5、表6所示。

表5采用本实施例提供的钢水生产的锻件钢工艺力学性能

表6采用本实施例提供的钢水生产的锻件钢夹杂物检验情况

实施例3

A、铁水预处理脱硫：将高炉铁水(化学成分C5.0wt%、Si0.50wt%、Mn0.50wt%、P0.110wt%、S0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为2200-2400mm，按17.0kg/t_钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为8分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥4/5，扒净脱硫渣；预处理后铁水成分控制为：C4.8wt%、Si0.50wt%、Mn0.50wt%、P0.110wt%、S0.004wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

B、钢水冶炼：将A步骤的预处理深脱硫铁水(化学成分C4.8wt%、Si0.50wt%、Mn0.50wt%、P0.110wt%、S0.004wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)、优质废钢(化学成分C0.25wt%、Si0.25wt%、Mn0.70wt%、P0.030wt%、S0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)及低磷硫生铁(化学成分C3.4wt%、Si0.50wt%、Mn0.50wt%、P0.090wt%、S0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物)加入LD转炉中，进行常规顶底复合吹炼，分别按45.0kg/t_钢、23.0kg/t_钢、4.0kg/t_钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量0.14wt%，出钢温度1660℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰和精炼渣进行渣洗，石灰加入量为：3.0kg/t_钢，精炼渣加入量为：1.0kg/t_钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为35NL/min。

C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅钙钡→硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按4.0kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si52.5wt%，Ca11.5wt%，Ba13.5wt%，Al4.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按16.8kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按16.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn75.6wt%，C6.7wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按5.0kg/t_钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr56.7wt%，C7.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按1.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的增碳剂：C92.15wt%，S0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发份1.64wt%，水份0.75wt%，其余为不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序。

D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用小氩量(30NL/min)吹氩2分钟，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰6.0kg/t_钢，然后加入电石0.5kg/t_钢调渣，控制渣碱度为7.0；根据钢样分析结果，加入合金、铝丸调整钢液成分，再次观察渣液决定是否进一步调整，直至黑色消失呈现白色，控制钢水氧活度5ppm，ALs含量为0.020wt%，适当加大氩气流量(50NL/min)，按1.3kg/t_钢的量，加入下列质量比的钛铁：Ti32.3wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩3分钟；之后将钢水温度加热至1635℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线：Si56.5wt%、Ca29.4wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，喂线速度为2.5m/s，喂线量为200m；喂线结束采用流量为35NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入常规大包钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至VD炉真空精炼工位。

E、钢水VD炉真空精炼：将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用小氩量(30NL/min)吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至65Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为60NL/min，在真空度65Pa条件下钢水脱气处理时间21分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧定氢；之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为30NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后，加入常规大包钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t_钢，即获得一种用于制造行车车轮的锻件钢钢水，钢水具有下列重量百分比的化学成分：C0.38wt%、Si1.30wt%、Mn1.25wt%、Cr0.30wt%、Ti0.030wt%、S0.004wt%、P0.012wt%、O0.0007wt%、H0.00008wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

本实施例提供的一种用于制造行车车轮的锻件钢工艺力学性能及夹杂物检验见表7、表8所示。

表7采用本实施例提供的钢水生产的锻件钢工艺力学性能

表8采用本实施例提供的钢水生产的锻件钢夹杂物检验情况

Claims (2)

1.一种用于制造行车车轮的锻件钢钢水，其特征在于所述的用于制造行车车轮的锻件钢钢水具有下列重量百分比的化学成分：C0.32～0.38wt%、Si1.10～1.30wt%、Mn1.10～1.25wt%、Cr0.20～0.30wt%、Ti0.015～0.030wt%、S≤0.004wt%、P≤0.012wt%、O≤0.0010wt%、H≤0.00015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物。

2.一种权利要求1所述的用于制造行车车轮的锻件钢钢水的冶炼方法，其特征在于包括以下步骤：

A、铁水预处理脱硫：将化学成分C4.5-5.0wt%、Si0.30-0.50wt%、Mn0.25-0.50wt%、P0.090-0.110wt%、S≤0.020wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物的高炉铁水运至KR法铁水预处理装置进行脱硫处理，搅拌头插入深度控制为2200-2400mm，按15.0～17.0kg/t_钢的量，加入常规CaO质脱硫剂进行脱硫处理，搅拌时间控制为8分钟；搅拌结束后进行扒后渣操作，保证钢包内铁水面裸露≥4/5，扒净脱硫渣；预处理后铁水成分控制为：C4.5-4.8wt%、Si0.30-0.50wt%、Mn0.25-0.50wt%、P0.090-0.110wt%、S≤0.004wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；

B、钢水冶炼：将化学成分C4.5-4.8wt%、Si0.30-0.50wt%、Mn0.25-0.50wt%、P0.090-0.110wt%、S≤0.004wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物的A步骤的预处理深脱硫铁水、化学成分C0.16-0.25wt%、Si0.12-0.25wt%、Mn0.45-0.70wt%、P0.015-0.030wt%、S0.018-0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物的优质废钢及化学成分C3.2-3.4wt%、Si0.30-0.50wt%、Mn0.30-0.50wt%、P0.070-0.090wt%、S0.020-0.035wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物的低磷硫生铁加入LD转炉中，进行常规顶底复合吹炼，分别按40.0～45.0kg/t_钢、20.0～23.0kg/t_钢、2.5～4.0kg/t_钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石、菱镁球造渣，控制终点碳含量≥0.10wt%，出钢温度≤1660℃；出钢前向钢包底部加入活性石灰和精炼渣进行渣洗，石灰加入量为：3.0kg/t_钢，精炼渣加入量为：1.0kg/t_钢；出钢时采用全程底吹氩工艺，氩气流量控制为20～35NL/min；

C、脱氧合金化：将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱氧合金化顺序：硅钙钡→硅铁→高碳铬铁→高碳锰铁，依次向钢包中加入下列物质：按4.0kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅钙钡合金：Si52.5wt%，Ca11.5wt%，Ba13.5wt%，Al4.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按13.8～16.8kg/t_钢的量，加入下列质量比的硅铁：Si73.5wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按14.0～16.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的高碳锰铁：Mn75.6wt%，C6.7wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.1～5.0kg/t_钢的量，加入下列质量比的高碳铬铁：Cr56.7wt%，C7.2wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按0.7～1.2kg/t_钢的量，加入下列质量比的增碳剂：C92.15wt%，S0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发份1.64wt%，水份0.75wt%，其余为不可避免的不纯物；在钢包钢水量达到4/5时加完上述合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序；

D、钢水LF炉精炼：将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用20～30NL/min的小氩量吹氩2分钟，然后下电极采用档位7～9档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰4.0～6.0kg/t_钢，然后加入电石0.5kg/t_钢调渣，控制渣碱度为6.0～7.0；根据钢样分析结果，加入合金、铝丸调整钢液成分，再次观察渣液决定是否进一步调整，直至黑色消失呈现白色，控制钢水氧活度≤10ppm，ALs含量为0.010～0.020wt%，适当加大氩气流量为40～50NL/min，按0.6～1.3kg/t_钢的量，加入下列质量比的钛铁：Ti32.3wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，软吹氩3分钟；之后将钢水温度加热至1635～1645℃后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的硅钙线：Si56.5wt%、Ca29.4wt%、其余为Fe及不可避免的不纯物，喂线速度为2.5m/s，喂线量为200m；喂线结束采用流量为25～35NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为2分钟，之后加入常规大包钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至VD炉真空精炼工位；

E、钢水VD炉真空精炼：将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用20～30NL/min的小氩量吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至65～70Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为40～60NL/min，在真空度65～70Pa条件下钢水脱气处理时间≥18分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧定氢；之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为20～30NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后，加入常规大包钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t_钢，即获得用于制造行车车轮的锻件钢钢水，钢水具有下列重量百分比的化学成分：C0.32～0.38wt%、Si1.10～1.30wt%、Mn1.10～1.25wt%、Cr0.20～0.30wt%、Ti0.015～0.030wt%、S≤0.004wt%、P≤0.012wt%、O≤0.0010wt%、H≤0.00015wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物，其工艺力学性能如表1和表2所示：

表1钢水生产的锻件钢夹杂物检验情况

表2钢水生产的锻件钢工艺力学性能

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