CN107502825B - 一种高速动车组用高碳铬轴承钢制造工艺 - Google Patents

一种高速动车组用高碳铬轴承钢制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高速动车组轴箱用高碳铬轴承钢制造工艺，实现有效降低降低钢中气体含量和夹杂物含量；有效减轻钢中碳化物偏析的目的。本发明采用如下技术方案：⑴VAR重熔采用大锭型、低熔速熔炼，可以改善碳化物偏析；⑵VAR重熔过程采用冷却水和氦气双重冷却方式，可以有效的减轻凝固过程产生的碳化物偏析；⑶采用(EAF+LF+VD)+VAR冶炼工艺，钢的气体含量和非金属夹杂物含量达到VIM+VAR水平。本发明的有益处在于：采用EAF+LF+VD+VAR冶炼工艺，使钢的气体含量、非金属夹杂物和碳化物偏析明显优于EAF+LF+VD(或RH)工艺生产的高碳铬轴承钢，达到VIM+VAR工艺水平，但是生产成本远低于VIM+VAR工艺。

Description

一种高速动车组用高碳铬轴承钢制造工艺
技术领域
本发明属于合金钢制造工艺，涉及一种高速动车组用高碳铬轴承钢制造工艺。
背景技术
目前，我国高速铁路发展迅猛，已建成了两万公里具有世界先进水平的高速铁路，并研制生产了拥有完全自主知识产权的中国标准动车组。但是动车组轴箱用高碳铬轴承市场被进口产品垄断，目前国内主机厂生产的动车组用轴箱轴承均为欧日进口，主要供货商为瑞典SKF、德国FAG、日本NTN和日本NSK，国外企业均对中国实行严格的技术封锁，进行动车组轴箱轴承自主化研发迫在眉睫。目前国内外优质高碳铬轴承钢主流冶炼工艺采用EAF+LF+VD(RH)，航空发动机用高碳铬轴承钢采用VIM+VAR冶炼工艺，以上两种冶炼工艺都有各自的优缺点：采用冶炼工艺EAF+LF+VD(RH)，氧不大于6×10-6、钛不大于0.0015％、钙不大于0.001％，但是氮含量基本在40×10-6～60×10-6，成品棒材D类夹杂物大于0.5级，碳化物偏析相对较重；采用VIM+VAR冶炼工艺，N含量可以降至15×10-6以下，夹杂物控制和碳化物偏析优于EAF+LF+VD(RH)工艺，但是VIM冶炼没有脱S、P、Ti等残余元素能力，对原材料要求非常严格，冶炼成本相对较高，目前仅用于航空发动机用高碳铬轴承钢生产(《一种极纯高碳铬轴承钢的冶炼方法》专利公开号：CN 1718817A)。
发明内容
本发明公开一种高速动车组用高碳铬轴承钢制造工艺，实现有效降低降低钢中气体含量和夹杂物含量；有效减轻钢中碳化物偏析的目的。
采用本发明制造工艺制造的高碳铬轴承钢达到技术指标：
表1化学成分
表1(续)
表2非金属夹杂物
表3碳化物
类别 碳化物网状 碳化物带状 碳化物液析
合格级别，不大于 2.0 2.0 0.5
本发明采用如下技术方案：
一，工艺路线：
EAF+LF+VD→模铸电极→电极退火车光→VAR重熔→钢锭表面车光→高温扩散退火→八五零轧机开坯→连轧成材→球化退火；
1.冶炼工艺：EAF+LF+VD+VAR；
⑴EAF+LF+VD
①EAF炉出钢条件：钛含量不大于0.0008％、磷含量不大于0.004％，出钢温度1650℃～1680℃；
②LF炉到位后扒渣，重新造渣，准确调整炉中主元素化学成分，过程采用铝粒和低氮低钛碳粉脱氧；出钢条件：硫含量不大于0.001％，出钢温度1560℃～1580℃；
③VD炉真空度不大于100Pa，氢含量不大于0.00015％、氮含量不大于0.0060％。
⑵模铸电极：浇注温度1490℃～1530℃，采用氩气保护。
⑶VAR重熔
①熔炼过程保持真空度不大于0.5Pa，尽可能脱去钢中的气体含量；
②恒定熔速冶炼，熔化速率3kg/min～5kg/min；
③熔炼过程采用电压控制弧间距，熔炼电压控制23.0V～26.0V，稳定的弧间距可以使电弧有效的将钢液中夹杂物推至熔池边缘；
④熔炼过程采用水和氦气双重冷却，使金属熔池定向稳定结晶，避免产生偏析。
2.高温扩散退火
钢锭表面车光后进行高温扩散退火，退火工艺：
600℃±10℃保温1h～2h，以不大于100℃/h升温至800℃±10℃，保温1h～2h，以不大于100℃/h升温至1200℃±10℃，保温20h～30h。
3.八五零轧机开坯
钢锭高温扩散退火后红送八五零轧机一火次直接轧制150mm方坯，热切4m～5.5m长坯料，坯料缓冷48h后扒皮、清理。
4.连轧成材
坯料经1100℃±10℃热后轧制Φ30mm棒材，终轧温度不高于850℃，轧后穿水、空冷。
5.球化退火
810℃±10℃保温3h～4h后炉冷至725℃±10℃保温2h～3h，主传动速度5m/h～7m/h，然后炉冷至650℃后出炉空冷。
二，本发明的创新点在于：
⑴VAR重熔采用大锭型、低熔速熔炼，可以改善碳化物偏析。
⑵VAR重熔过程采用冷却水和氦气双重冷却方式，可以有效的减轻凝固过程产生的碳化物偏析。
⑶采用(EAF+LF+VD)+VAR冶炼工艺，钢的气体含量和非金属夹杂物含量达到VIM+VAR水平。
本发明的有益处在于：采用EAF+LF+VD+VAR冶炼工艺，使钢的气体含量、非金属夹杂物和碳化物偏析明显优于EAF+LF+VD(或RH)工艺生产的高碳铬轴承钢，达到VIM+VAR工艺水平，但是生产成本远低于VIM+VAR工艺。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做详细说明。
实施例1、实施例2采用同一工艺流程：
EAF+LF+VD→模铸电极→电极退火车光→VAR重熔→钢锭表面车光→高温扩散退火→八五零轧机开坯→连轧成材→球化退火
实施例1
炉号：16260200216，成品棒材规格Φ30mm
1.生产过程
⑴EAF+LF+VD熔炼：EAF炉分析钛含量为0.0006％、磷含量为0.0021％后出炉，出炉温度T＝1675℃；LF炉扒渣后重新造渣，调整碳、铬、锰、硅元素到目标值、硫含量为0.0004％出钢，出钢温度T＝1572℃；VD炉抽空不大于100Pa，保持15min，炉中检测氢含量为0.00012％、氮含量为0.0042％。
⑵模铸Φ430mm电极，浇注时采用氩气保护，浇注温度T＝1520℃。
⑶VAR重熔Φ508mm钢锭，真空度不大于0.4Pa后起弧冶炼，熔炼熔速4.0kg/min，熔炼电压设定24.5V，熔炼过程冷却水流量400L/min、氦气流量50ml/min。
⑷高温扩散退火：钢锭表面车光后进行高温扩散退火，退火工艺：600℃保温2h，80℃/h升温至800℃，保温2h，以不大于100℃/h升温至1200℃，保温20h后红送八五零轧机开坯。
⑸钢锭高温扩散退火后红送八五零轧机一火次轧制150mm方坯，在线热4.5m长坯料，坯料缓冷48h后扒皮、清理。
⑹坯料1105℃加热后采用24架连轧机轧制Φ30mm成品棒材，终轧温度830℃；轧后穿水，穿水返红温度735℃，空冷。
⑺Φ30mm棒材进行球化退火，810℃保温4h后炉冷至725℃保温3h，然后炉冷至650℃后出炉空冷。
2.成品检验结果
表4化学成分
表4(续)
表5非金属夹杂物
表6碳化物
类别 碳化物网状 碳化物带状 碳化物液析
合格级别，不大于 2.0 2.0 0.5
成品 1.5 1.5 0
实施例2
炉号：16260190224，成品棒材规格Φ45mm
1.生产过程
⑴EAF+LF+VD熔炼：EAF炉分析钛含量为0.0005％、磷含量为0.0030％后出炉，出炉温度T＝1660℃；LF炉扒渣后重新造渣，
调整碳、铬、锰、硅元素到目标值、硫含量为0.0007％出钢，出钢温度T＝1580℃；VD炉抽空不大于100Pa，保持15min，炉中检测氢含量为0.00010％、氮含量为0.0051％。
⑵模铸Φ580mm电极，浇注时采用氩气保护，浇注温度T＝1505℃。
⑶VAR重熔Φ660mm钢锭，真空度不大于0.4Pa后起弧冶炼，熔炼熔速5.0kg/min，熔炼电压设定24.5V，熔炼过程冷却水流量400L/min、氦气流量80ml/min。
⑷高温扩散退火：钢锭表面车光后进行高温扩散退火，退火工艺：600℃保温2h，80℃/h升温至800℃，保温2h，以80℃/h升温至1200℃，保温30h后红送八五零轧机开坯。
⑸钢锭高温扩散退火后红送八五零轧机一火次轧制150mm方坯，在线热切5m长坯料，坯料缓冷48h后扒皮、清理。
⑹坯料1100℃加热后采用24架连轧机轧制Φ45mm成品棒材，终轧温度850℃；轧后穿水，穿水返红温度750℃，空冷。
⑺Φ45mm棒材进行球化退火，810℃保温4h后炉冷至730℃保温3h，然后炉冷至650℃后出炉空冷。
2.成品检验结果
表7化学成分
表7(续)
表8非金属夹杂物
表9碳化物
类别 碳化物网状 碳化物带状 碳化物液析
合格级别，不大于 2.0 2.0 0.5
成品 2.0 1.0 0

Claims (3)

1.一种高速动车组用高碳铬轴承钢制造工艺，其特征在于：工艺路线：EAF+LF+VD→模铸电极→电极退火车光→VAR重熔→钢锭表面车光→高温扩散退火→八五零轧机开坯→连轧成材→球化退火；
所述EAF+LF+VD
①EAF炉出钢条件：钛不大于0.0008%、磷不大于0.004%，出钢温度1650℃～1680℃；
②LF炉到位后扒渣，重新造渣，准确调整炉中主元素化学成分，过程采用铝粒和低氮低钛碳粉脱氧；出钢条件：硫不大于0.001%，出钢温度1560℃～1580℃；
③VD炉真空度不大于100Pa，氢不大于0.00015%、氮不大于0.0060%；
所述模铸电极
浇注温度1490℃～1530℃，采用氩气保护；
所述VAR重熔
①重熔大锭型：φ508mm、φ660mm；
②熔炼过程保持真空度不大于0.5Pa，尽可能脱去钢中的气体含量；
③恒定熔速冶炼，熔化速率3kg/min～5kg/min；
④熔炼过程采用电压控制弧间距，熔炼电压控制23.0V～26.0V，稳定的弧间距可以使电弧有效的将钢液中夹杂物推至熔池边缘；
⑤熔炼过程采用水和氦气双重冷却，使金属熔池定向稳定结晶，
避免产生偏析，冷却水流量400L/min、氦气流量50ml/min～
80ml/min；
所述高温扩散退火工艺
600℃±10℃保温1h～2h，以不大于100℃/h升温至800℃±10℃，保温1h～2h，以不大于100℃/h升温至1200℃±10℃，保温20h～30h。
2.根据权利要求1所述一种高速动车组用高碳铬轴承钢制造工艺，其特征在于：
所述EAF+LF+VD熔炼：EAF炉分析钛含量为0.0006%、磷含量为0.0021%后出炉，出炉温度T=1675℃；LF炉扒渣后重新造渣，调整碳、铬、锰、硅元素到目标值、硫含量为0.0004%出钢，出钢温度T=1572℃；VD炉抽空不大于100Pa，保持15min，炉中检测氢含量为0.00012%、氮含量为0.0042%；
所述模铸Φ430mm电极，浇注时采用氩气保护，浇注温度T=1520℃；
所述VAR重熔Φ508mm钢锭，真空度不大于0.4Pa后起弧冶炼，熔炼熔速4.0kg/min，熔炼电压设定24.5V，熔炼过程冷却水流量400L/min、氦气流量50ml/min；
所述高温扩散退火：钢锭表面车光后进行高温扩散退火，退火工艺：600℃保温2h，80℃/h升温至800℃，保温2h，以不大于100℃/h升温至1200℃，保温20h后红送八五零轧机开坯。
3.根据权利要求1所述一种高速动车组用高碳铬轴承钢制造工艺，其特征在于：
所述EAF+LF+VD+VAR熔炼：EAF炉分析钛含量为0.0005%、磷含量为0.0030%后出炉，出炉温度T=1660℃；LF炉扒渣后重新造渣，调整碳、铬、锰、硅元素到目标值、硫含量为0.0007%出钢，出钢温度T=1580℃；VD炉抽空不大于100Pa，保持15min，炉中检测氢含量为0.00010%、氮含量为0.0051%;
所述模铸Φ580mm电极，浇注时采用氩气保护，浇注温度T=1505℃；
所述VAR重熔Φ660mm钢锭，真空度不大于0.4Pa后起弧冶炼，熔炼熔速5.0kg/min，熔炼电压设定24.5V，熔炼过程冷却水流量400L/min、氦气流量80ml/min;
所述高温扩散退火：钢锭表面车光后进行高温扩散退火，退火工艺：600℃保温2h，80℃/h升温至800℃，保温2h，以不大于80℃/h升温至1200℃，保温30h后红送八五零轧机开坯。
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