CN106583676A - 车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法 - Google Patents

车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，包括以下步骤：缩小钢的化学组分含量与对应组分的目标含量的浮动范围；降低钢水浇铸时过热度；浇铸的同时采用多种复合搅拌方式进行搅拌。由本发明的方法可知，缩小了钢水中各化学成分实际含量与目标含量的差值范围，可以缩小连浇过程中上下炉钢水化学成分偏差，从而能够达到80%以上炉次的中间包熔炼化学成分基本一致，C的实际含量、Si的实际含量、Mn的实际含量、Cr的实际含量和V的实际含量控制在与各自对应的目标含量±0.01%的范围内，从而有利于控制中高碳车轮钢连铸圆坯横断面上的成分均匀性。

Description

车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法
技术领域
本发明涉及一种火车车轮钢生产的领域，具体涉及一种车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法。
背景技术
根据我国《中长期铁路网规划》和“铁路十三五规划”以及“一带一路”战略的逐步实施，中国铁路将保持快速发展。“十三五”期间，我国高速铁路营业里程将由2015年底的1.9万公里增长到3万公里，覆盖80%以上的大城市。中国高铁制造技术也逐渐获得的世界范围的认可，初步中标承建从莫斯科-喀山-叶卡捷琳堡的770公里的高铁项目，后续将不断有泰国、巴西、秘鲁等国家进行高铁项目合作。
中国铁路发展势头比较迅猛，但适合铁路高速和重载的部分关键零部件和技术还得依赖进口。目前国产车轮经过多年的发展，取得了较大的进步，辗钢整体车轮原材料从模铸钢锭逐步改为连铸圆坯，生产效率提高了，但是质量还不是太稳，车轮均质化不能稳定控制。
车轮是铁路运输中的重要构件之一, 它在高速运转过程中,因支撑车体的重量或车轮制动会与铁轨产生摩擦而造成各种磨损和擦伤，而且还会因车轮上化学成分偏差大导致的组织及性能异常，以致车轮产生裂纹崩裂。因此,对车轮用材料来说,既要求高强度、高硬度和耐磨性,又要求高的韧性和成分均匀性。
中高碳车轮钢连铸圆坯整个端面的成分均匀性是钢铁界的难题，既是钢铁凝固过程中的特性所决定的，又受到各种因素的影响。本发明提供了一种改善中高碳连铸圆坯低倍质量及成分均匀性的符合控制方法，可以有效控制中高碳车轮钢连铸圆坯横断面上的成分均匀性。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，缩小了钢水中各化学成分实际含量与目标含量的差值范围，可以缩小连浇过程中上下炉钢水化学成分偏差，从而能够达到80%以上炉次的中间包熔炼化学成分基本一致，C的实际含量、Si的实际含量、Mn的实际含量、Cr的实际含量和V的实际含量控制在与各自对应的目标含量±0.01%的范围内；钢包上采用碳化稻壳保温材料保温，在连铸回转台全程加盖保温，中间包全程加盖50mm厚的可重复使用的耐高温保温板，以及车轮钢专用覆盖剂保温，可以使钢水吊包所需的温度降低10℃，从而降低了冶炼成本，而且保证中间包钢水的过热温度稳定控制在15~30℃范围内；使用M-EMS电磁搅拌器、S-EMS电磁搅拌器和F-EMS电磁搅拌器进行三段式复合搅拌，并根据钢种特性对搅拌器位置、搅拌参数进行优化，在钢水凝固的不同阶段发挥不同的冶金作用，改善连铸圆坯凝固组织，提高成分均匀性；采用高频脉冲磁场振荡器进行高频脉冲磁场搅拌，增加钢水形核，抑制柱状晶发展，扩大连铸圆坯等轴晶区，细化等轴晶粒，提高连铸圆坯成分均匀性；本发明可以使中高碳车轮用连铸圆坯从表面至3/4R处的碳极差控制在0.03%范围内，并且其中的75%，其碳极差甚至能控制在0.02%范围内，从而有利于控制中高碳车轮钢连铸圆坯横断面上的成分均匀性。
本发明所采取的技术方案是：
车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，包括以下步骤：
1）缩小钢的化学组分含量与对应组分的目标含量的浮动范围：中间包熔炼时， C的实际含量范围在C的目标含量±0.01%的范围内、Cr的实际含量范围在Cr的目标含量±0.01%的范围内、V的实际含量范围在V的目标含量±0.01%的范围内，Si的实际含量范围在Si的目标含量±0.03%的范围内、Mn的实际含量范围在Mn的目标含量±0.03%的范围内；
2）降低钢水浇铸时过热度：钢水在圆坯连铸机浇铸过程中中间包过热度稳定控制在15~30℃范围内；
3）浇铸的同时采用多种复合搅拌方式进行搅拌：钢水在大圆坯连铸机浇铸的时候，同时使用M-EMS电磁搅拌器、S-EM S电磁搅拌器、F-EMS电磁搅拌器进行三段式复合搅拌。
本发明进一步改进方案是，所述步骤1）中，通过采用“一包到底”、废钢称重以及滑板挡渣的方法，稳定控制转炉钢铁料转入量，使钢水出钢量在90±1t的范围内。
本发明更进一步改进方案是，所述步骤1）中，转炉出钢过程中，按照90t钢水量配加低氮碳粉及含有Si、Mn、Cr的合金，保证出钢后的钢水中的C的实际含量范围在C的目标含量-0.05%~C的目标含量的范围内、Si的实际含量范围在Si的目标含量-0.05%~Si的目标含量的范围内、Mn的实际含量范围在Mn的目标含量-0.05%~Mn的目标含量的范围内、Cr的实际含量范围在Cr的目标含量-0.05%~Cr的目标含量的范围内。
本发明更进一步改进方案是，所述步骤1）中，钢水包由转炉吊到LF精炼炉后，在精炼中前期添加铬铁、钒铁等合金精确调整到目标含量，使用硅铁、金属锰搭配硅线、金属锰线将硅、锰调整到目标含量，并使得钢水中的C的实际含量范围在C的目标含量-0.02%~C的目标含量的范围内。
本发明更进一步改进方案是，经LF精炼中后期调小氩气搅拌强度；将精炼好的钢水吊运至RH/VD炉真空处理，进行脱气和净化钢水；钢水真空处理结束后，取样分析化学成分，并根据钢水中的C的实际含量，向钢水中喂入碳丝，以使C的实际含量范围在C的目标含量±0.01%的范围内。
本发明更进一步改进方案是，所述步骤2）中，精炼结束后的钢水进行吊包时，钢水吊包的温度在液相线温度+45℃~液相线温度+65℃的范围内。
本发明更进一步改进方案是，所述步骤2）中，所述钢包吊运至大圆坯连铸机回转台后，中间包所有孔洞全程加盖耐高温保温板，中间包钢水液面上加覆盖剂全程保温。
本发明更进一步改进方案是，所述步骤2）中，浇铸过程中，钢水的温降在25℃~35℃的范围内。
本发明更进一步改进方案是，所述步骤3）中，采用R14m大圆坯连铸机进行浇铸，将S-EMS电磁搅拌器和F-EMS电磁搅拌器分别设置在距离结晶器弯月面9.5m、14.8m的位置。
本发明更进一步改进方案是，所述步骤3）中，使用M-EMS电磁搅拌器、S-EM S电磁搅拌器、F-EMS电磁搅拌器进行三段式复合搅拌的同时，采用高频脉冲磁场振荡器进行高频脉冲磁场搅拌。
本发明的有益效果在于：
第一、本发明的车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，缩小了钢水中各化学成分实际含量与目标含量的差值范围，可以缩小连浇过程中上下炉钢水化学成分偏差，从而能够达到80%以上炉次的中间包熔炼化学成分基本一致，C的实际含量、Si的实际含量、Mn的实际含量、Cr的实际含量和V的实际含量控制在与各自对应的目标含量±0.01%的范围内，从而有利于控制中高碳车轮钢连铸圆坯横断面上的成分均匀性。
第二、本发明的车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，钢包上采用碳化稻壳保温材料保温，在连铸回转台全程加盖保温，中间包全程加盖50mm厚的可重复使用的耐高温保温板，以及车轮钢专用覆盖剂保温，可以使钢水吊包所需的温度降低10℃，从而降低了冶炼成本，而且保证中间包钢水的过热温度稳定控制在15~30℃范围内，从而有利于控制中高碳车轮钢连铸圆坯横断面上的成分均匀性。
第三、本发明的车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，使用M-EMS电磁搅拌器、S-EMS电磁搅拌器和F-EMS电磁搅拌器进行三段式复合搅拌，并根据钢种特性对搅拌器位置、搅拌参数进行优化，在钢水凝固的不同阶段发挥不同的冶金作用，改善连铸圆坯凝固组织，提高成分均匀性。
第四、本发明的车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，采用高频脉冲磁场振荡器进行高频脉冲磁场搅拌，增加钢水形核，抑制柱状晶发展，扩大连铸圆坯等轴晶区，细化等轴晶粒，提高连铸圆坯成分均匀性。
第五、本发明的车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，本发明可以使中高碳车轮用连铸圆坯从表面至3/4R处的碳极差控制在0.03%范围内，并且其中的75%，其碳极差甚至能控制在0.02%范围内，从而有利于控制中高碳车轮钢连铸圆坯横断面上的成分均匀性。
具体实施方式
实施例1
某钢厂R14m弧形圆坯连铸机生产车轮钢CL60Φ380mm连铸圆坯，生产过程参数：过热度25℃，拉速0.50m/min，M-EMS电磁搅拌器的搅拌参数为：250A/2.5Hz、S-EMS电磁搅拌器的搅拌参数为： 350A/9Hz（交替）、F-EMS电磁搅拌器的搅拌参数为：400A/7Hz，高频脉冲振荡器的参数为300A/200Hz。使用Φ8mm 合金钻头在圆坯横向低倍试样上从表面起10mm、1/8R、1/4R、1/2R、3/4R，共5个点钻屑取样，并用红外碳硫分析仪碳含量。经分析，从表面10mm至3/4R，碳极差为0.025%以内，见表1。该圆坯碳偏析明显优于传统的模铸坯、以及单独采用M-EMS电磁搅拌器或M-EMS电磁搅拌器+F-EMS电磁搅拌器连铸圆坯。
表1
备注：R为半径。
实施例2
某钢厂R14m弧形圆坯连铸机生产车轮钢AAR-C Φ380mm连铸圆坯，生产过程参数：过热度22℃，拉速0.50m/min，M-EMS电磁搅拌器的搅拌参数为：280A/2.5Hz、S-EMS电磁搅拌器的搅拌参数为： 350A/9Hz（交替）、F-EMS电磁搅拌器的搅拌参数为：400A/7Hz，高频脉冲振荡器的参数为300A/200Hz。使用Φ8mm 合金钻头在圆坯横向低倍试样上从表面起10mm、1/8R、1/4R、1/2R、3/4R，共5个点钻屑取样，并用红外碳硫分析仪碳含量。经分析，从表面10mm至3/4R，碳极差为0.022%以内见表2。
表2
备注：R为半径。

Claims (10)

1.车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，其特征在于包括以下步骤：
1）缩小钢的化学组分含量与对应组分的目标含量的浮动范围：中间包熔炼时， C的实际含量范围在C的目标含量±0.01%的范围内、Cr的实际含量范围在Cr的目标含量±0.01%的范围内、V的实际含量范围在V的目标含量±0.01%的范围内，Si的实际含量范围在Si的目标含量±0.03%的范围内、Mn的实际含量范围在Mn的目标含量±0.03%的范围内；
2）降低钢水浇铸时过热度：钢水在圆坯连铸机浇铸过程中中间包过热度稳定控制在15~30℃范围内；
3）浇铸的同时采用多种复合搅拌方式进行搅拌：钢水在大圆坯连铸机浇铸的时候，同时使用M-EMS电磁搅拌器、S-EM S电磁搅拌器、F-EMS电磁搅拌器进行三段式复合搅拌。
2.如权利要求1所述的车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，其特征在于：所述步骤1）中，通过采用“一包到底”、废钢称重以及滑板挡渣的方法，稳定控制转炉钢铁料转入量，使钢水出钢量在90±1t的范围内。
3.如权利要求2所述的车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，其特征在于：所述步骤1）中，转炉出钢过程中，按照90t钢水量配加低氮碳粉及含有Si、Mn、Cr的合金，保证出钢后的钢水中的C的实际含量范围在C的目标含量-0.05%~C的目标含量的范围内、Si的实际含量范围在Si的目标含量-0.05%~Si的目标含量的范围内、Mn的实际含量范围在Mn的目标含量-0.05%~Mn的目标含量的范围内、Cr的实际含量范围在Cr的目标含量-0.05%~Cr的目标含量的范围内。
4.如权利要求3所述的车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，其特征在于：所述步骤1）中，钢水包由转炉吊到LF精炼炉后，在精炼中前期添加铬铁、钒铁等合金精确调整到目标含量，使用硅铁、金属锰搭配硅线、金属锰线将硅、锰调整到目标含量，并使得钢水中的C的实际含量范围在C的目标含量-0.02%~C的目标含量的范围内。
5.如权利要求4所述的车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，其特征在于：经LF精炼中后期调小氩气搅拌强度；将精炼好的钢水吊运至RH/VD炉真空处理，进行脱气和净化钢水；钢水真空处理结束后，取样分析化学成分，并根据钢水中的C的实际含量，向钢水中喂入碳丝，以使C的实际含量范围在C的目标含量±0.01%的范围内。
6.如权利要求1所述的车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，其特征在于：所述步骤2）中，精炼结束后的钢水进行吊包时，钢水吊包的温度在液相线温度+45℃~液相线温度+65℃的范围内。
7.如权利要求6所述的车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，其特征在于：所述步骤2）中，所述钢包吊运至大圆坯连铸机回转台后，中间包所有孔洞全程加盖耐高温保温板，中间包钢水液面上加覆盖剂全程保温。
8.如权利要求7所述的车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，其特征在于：所述步骤2）中，浇铸过程中，钢水的温降在25℃~35℃的范围内。
9.如权利要求1所述的车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，其特征在于：所述步骤3）中，采用R14m大圆坯连铸机进行浇铸，将S-EMS电磁搅拌器和F-EMS电磁搅拌器分别设置在距离结晶器弯月面9.5m、14.8m的位置。
10. 如权利要求9所述的车轮用连铸圆坯碳偏析控制方法，其特征在于：所述步骤3）中，使用M-EMS电磁搅拌器、S-EM S电磁搅拌器、F-EMS电磁搅拌器进行三段式复合搅拌的同时，采用高频脉冲磁场振荡器进行高频脉冲磁场搅拌。
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