CN107723413A

CN107723413A - 一种重轨钢MnS夹杂物的变性方法

Info

Publication number: CN107723413A
Application number: CN201710979488.0A
Authority: CN
Inventors: 陈亮; 陈天明; 李扬洲; 李红光; 陈怀杰
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2018-02-23

Abstract

本发明公开了一种重轨钢MnS夹杂物的变性方法，属于钢铁冶金技术领域。本发明解决的技术问题是一种重轨钢MnS夹杂物的变性方法。重轨钢MnS夹杂物的变性方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、热连轧、轧后控冷的步骤，所述LF精炼中，进行精准脱硫，控制钢水S含量为0.003～0.010％，控制钢水氧活度≤0.0015％；所述转炉冶炼、LF精炼和RH精炼中，控制钢水N含量≤0.0050％，并在RH精炼中加入Ti合金，控制钢水Ti含量为0.0050％～0.0150％。本发明方法通过对钢水S、a[O]、N和Ti含量的控制，使硫化物夹杂物弹性模量平均值达到30～40Gpa，降低了硫化物夹杂物评级，使重钢轨夹杂物评级≤1.5级评级比例提高到80％～100％，显著提高了重轨钢质量。

Description

一种重轨钢MnS夹杂物的变性方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种重轨钢MnS夹杂物的变性方法。

背景技术

重轨钢是铁路轨道的主要组成部分，在铁路运输过程中，对机车提供有效支撑及引导，需承受来自车轮的巨大垂向压力。基于我国基础建设发展需求，铁路运输正以迅猛的速度发展，并不断趋于高速化、重载化。这无疑对重轨钢质量突出了更为苛刻的要求。

由于重轨钢中MnS夹杂与基体之间的界面对钢中的氢有强烈的吸附作用，钢中保持一定的Mn、S，能大幅度降低氢的扩散系数，这对于对氢致裂纹非常敏感的重轨钢十分有利，由于真空处理后H低于1.5ppm，一般不存在H致裂纹。但是，钢中明显变形的MnS杂质对重轨钢的横向任性和各向异性不利，因此应尽量降低钢中MnS夹杂物的析出或者改变MnS的形貌。

重轨钢对MnS夹杂物较为敏感，在使用过程中要求硫化物夹杂物评级越低越好。在重轨钢中MnS的变形量相对基体材料属于较高的材料，为防止其在轧制过程发生较大形变，从而形成较大的裂纹源，需要提高MnS的硬度。

对于重轨钢MnS夹杂的控制，传统方法一般采用脱硫、Ca处理工艺或添加稀土，但均难以有效控制MnS夹杂，易出现A类夹杂物超标甚至超声波探伤不和的问题。专利CN201210243888.2公开了一种高速重轨钢中MnS夹杂物的控制方法，其采用在RH精炼操作中，当硫含量在0.01～0.02％且氧含量低于0.001％时加入钛，并控制所加入钛含量为钢液重量的0.006～0.010％，有效地降低MnS夹杂的尺寸和数量；但发明人在实践中发现，该方法未控制N含量，易差生TiN或者Ti(CN)等脆性夹杂物，严重影响钢轨的疲劳性能；同时该方法S含量控制略高，高S条件更容易形成MnS夹杂物，不利于MnS的控制，更影响改性效果，从而影响钢材性能。

本领域中，高速重轨钢要求A类夹杂物≤1.5级，普轨要求A类夹杂物≤2.0级(A类夹杂物即硫化物夹杂物)。在生产高速重轨钢时，由于A类夹杂物大于1.5级使钢轨改判普轨，造成了严重的经济损失，因此，目前急需一种能够降低重轨钢A类夹杂物评级的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种重轨钢MnS夹杂物的变性方法，该方法能够有效控制MnS杂质，提高硫化物的硬度，增加硫化物夹杂物弹性模量，降低其在轧制过程的变形量，从而降低重轨钢硫化物夹杂物的评级，提高重轨钢质量。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是提供了一种重轨钢MnS夹杂物的变性方法，该方法包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、热连轧、轧后控冷的步骤，所述LF精炼中，进行精准脱硫，控制钢水S含量为0.003～0.010％，控制钢水氧活度≤0.0015％；所述转炉冶炼、LF精炼和RH精炼中，控制钢水N含量≤0.0050％，并在RH精炼中加入Ti合金，控制钢水Ti含量为0.0050％～0.0150％。

其中，上述所述的重轨钢MnS夹杂物的变性方法中，所述控制钢水S含量的操作为：在LF精炼中，通过高碱度精炼渣进行脱硫。

其中，上述所述的重轨钢MnS夹杂物的变性方法中，所述控制钢水氧活度的操作为：在LF精炼中，采用CaC₂或者SiC加入到钢包渣内。

其中，上述所述的重轨钢MnS夹杂物的变性方法中，所述控制钢水N含量的操作为：在转炉冶炼中，采用全程吹氩、低氮含量的合金进行合金化；在LF精炼中，采用小流量氩气保护；在RH精炼中，控制真空度≤100Pa，同时采用低氮合金进行合金元素微调。

其中，上述重轨钢MnS夹杂物的变性方法中，所述连铸为大方坯连铸。

本发明中，所述含量均为质量含量，所述氧活度表示为a[O]。

本发明的有益效果：

本发明通过控制钢水S含量0.003％～0.010％，a[O]≤0.0015％，N含量≤0.0050％，Ti含量0.0050％～0.0150％，使重轨钢中形成MnS、TiS、(MnS+TiS)复合夹杂物等硫化物夹杂物，常温下硫化物夹杂物弹性模量平均值达到30～40Gpa，降低了硫化物夹杂物评级，使重钢轨夹杂物评级MnS≤1.5级评级比例提高到80％～100％，显著提高了重轨钢质量，具有显著的经济效益，值得推广应用。

具体实施方式

具体的，一种重轨钢MnS夹杂物的变性方法，该方法包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、热连轧、轧后控冷的步骤，所述LF精炼中，进行精准脱硫，控制钢水S含量为0.003～0.010％，控制钢水氧活度≤0.0015％；所述转炉冶炼、LF精炼和RH精炼中，控制钢水N含量≤0.0050％，并在RH精炼中加入Ti合金，控制钢水Ti含量为0.0050％～0.0150％。

钢中明显变形的MnS杂质对重轨钢的横向任性和各向异性不利，因此应尽量降低钢中MnS夹杂物的析出或者改变MnS的形貌。通过热力学计算可知，对于重轨钢，S含量越低，MnS在凝固前沿析出的数量会越少，可降低MnS夹杂物评级，但考虑到经济生产性，本发明专利将S控制在0.003％～0.010％。

本发明从MnS性能出发，通过在LF精炼操作中进行钢水脱硫，控制S含量为0.003％～0.010％，钢水a[O]≤0.0015％；S含量的控制主要是通过高碱度精炼渣进行脱硫，根据LF进站S含量向钢包内加入不同重量的高碱度精炼渣；a[O]的控制主要是在LF采用CaC₂或者SiC加入到钢包渣内，再通过钢水与钢包渣的扩散脱氧作用，保证钢水a[O]≤0.0015％；在转炉冶炼、LF精炼和RH精炼过程中控制钢水N含量，转炉采用全程吹氩、低氮含量的合金进行合金化，LF精炼结束吹氩过程采用小流量氩气，保证钢水不能裸露吸氮；RH精炼保证真空度≤100Pa，同时采用低氮合金进行合金元素微调，使钢水在RH精炼中N含量≤0.0050％；并在RH精炼中加入Ti合金，对MnS夹杂物进行变性，使Ti在凝固前沿与S发生反应形成TiS，抑制MnS生成量，同时形成的TiS与凝固前沿析出的MnS结合形成复合态的(MnS+TiS)复合夹杂物，使重轨钢中MnS、TiS和(MnS+TiS)复合夹杂物的弹性模量明显高于MnS，提高了重轨钢硫化物夹杂物的硬度，减少该类夹杂物在轧制过程的变形，进而能够改善重轨钢性能，其中，Ti合金的加入量以控制钢水Ti含量为0.0050％～0.0150％；本发明中对Ti合金无特殊要求，本领域内所有Ti和Fe的两元合金都可以用于本发明，在实际生产中，最常用的为40TiFe和30TiFe。

同时，由于本发明控制钢水S含量为0.003～0.010％，减小了MnS夹杂物的形成；控制钢水N含量≤0.0050％，有效避免了差生TiN或者Ti(CN)等脆性夹杂物，有利于重轨钢中TiS和(MnS+TiS)复合夹杂物的形成；适当提高了钢水a[O]，使Ti和O反应形成的微量钛氧化物，该微量钛氧化物不仅不会影响钢中MnS夹杂物的控制，反而可以与MnS复合形成弹性模量更高的Ti—Mn—S—O复合夹杂物，有利于MnS的变性，进一步提高了重轨钢的质量。

本发明方法中除了对S含量、a[O]、N含量和Ti含量的控制外，其余操作可按常规操作进行。

本发明方法RH精炼中采用RH精炼炉，避免造成微量Ti的烧损。

本发明方法连铸可采用大方坯连铸，即连铸坯横截面为250mm×250mm以上的重轨钢的生产。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

钢水采用铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、热连轧、轧后控冷的步骤冶炼成重轨钢：具体为：

在LF精炼过程进行精准脱硫，控制钢水S含量为0.010％，控制钢水a[O]为0.0015％；在转炉冶炼、LF精炼和RH精炼中，控制钢水N含量为0.0035％，并在RH精炼中加入Ti合金，将钢水Ti含量控制在0.0142％；

再进行连铸生产出280mm×380mm的连铸坯，采用纳米压痕仪对连铸坯中典型硫化物夹杂物进行弹性模量进行测定，弹性模量平均为38Gpa；

将生产的连铸坯轧制成75kg/m的钢轨，随机取10个钢样进行夹杂物评级，A类(硫化物)夹杂物评级≤1.5级评级比例为90％。

实施例2

在LF精炼过程进行精准脱硫，控制钢水S含量为0.003％，控制钢水a[O]为0.0012％；在转炉冶炼、LF精炼和RH精炼中，控制钢水N含量为0.0045％，并在RH精炼中加入Ti合金，将钢水Ti含量控制在0.0098％；

再进行连铸生产出280mm×380mm的连铸坯，采用纳米压痕仪对连铸坯中典型硫化物夹杂物进行弹性模量进行测定，弹性模量平均为35Gpa；

将生产的连铸坯轧制成75kg/m的钢轨，随机取10个钢样进行夹杂物评级，A类(硫化物)夹杂物评级≤1.5级评级比例为100％。

实施例3

在LF精炼过程进行精准脱硫，控制钢水S含量为0.008％，控制钢水a[O]为0.0010％；在转炉冶炼、LF精炼和RH精炼中，控制钢水N含量为0.0042％，并在RH精炼中加入Ti合金，将钢水Ti含量控制在0.0062％；

再进行连铸生产出280mm×380mm的连铸坯，采用纳米压痕仪对连铸坯中典型硫化物夹杂物进行弹性模量进行测定，弹性模量平均为31Gpa；

将生产的连铸坯轧制成75kg/m的钢轨，随机取10个钢样进行夹杂物评级。A类(硫化物)夹杂物评级≤1.5级评级比例为80％。

对比例1

在LF精炼过程进行精准脱硫，控制钢水S含量为0.007％，控制钢水a[O]为0.0012％；在转炉冶炼、LF精炼和RH精炼中，控制钢水N含量为0.0046％，在RH精炼不加入Ti合金，钢水Ti含量为0.0012％；

再进行连铸生产出280mm×380mm的连铸坯，采用纳米压痕仪对连铸坯中典型硫化物夹杂物进行弹性模量进行测定，弹性模量平均为24Gpa；

将生产的连铸坯轧制成75kg/m的钢轨，随机取10个钢样进行夹杂物评级。A类(硫化物)夹杂物评级≤1.5级评级比例为50％。

由实施例1～3和对比例1可知，本发明通过对钢水S、a[O]、N和Ti含量的控制，使重轨钢硫化物夹杂物弹性模量平均值达到30～40Gpa，降低了硫化物夹杂物评级，使重钢轨夹杂物评级MnS≤1.5级评级比例提高到80％～100％，显著提高了重轨钢质量，具有显著的经济效益，值得推广应用。

Claims

1.重轨钢MnS夹杂物的变性方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、热连轧、轧后控冷的步骤，其特征在于：所述LF精炼中，进行精准脱硫，控制钢水S含量为0.003～0.010％，控制钢水氧活度≤0.0015％；所述转炉冶炼、LF精炼和RH精炼中，控制钢水N含量≤0.0050％，并在RH精炼中加入Ti合金，控制钢水Ti含量为0.0050％～0.0150％。

2.根据权利要求1所述的重轨钢MnS夹杂物的变性方法，其特征在于：所述控制钢水S含量的操作为：在LF精炼中，通过高碱度精炼渣进行脱硫。

3.根据权利要求1所述的重轨钢MnS夹杂物的变性方法，其特征在于：所述控制钢水氧活度的操作为：在LF精炼中，采用CaC₂或者SiC加入到钢包渣内。

4.根据权利要求1所述的重轨钢MnS夹杂物的变性方法，其特征在于：所述控制钢水N含量的操作为：在转炉冶炼中，采用全程吹氩、低氮含量的合金进行合金化；在LF精炼中，采用小流量氩气保护；在RH精炼中，控制真空度≤100Pa，同时采用低氮合金进行合金元素微调。

5.根据权利要求1～4任一项所述的重轨钢MnS夹杂物的变性方法，其特征在于：所述连铸为大方坯连铸。