CN110592312A

CN110592312A - 一种高速车轴用钢的制备方法

Info

Publication number: CN110592312A
Application number: CN201911014356.XA
Authority: CN
Inventors: 邬中华; 张锦文; 高建兵; 王育田; 郭波; 王之香; 许立伟; 王松伟
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2019-12-20
Anticipated expiration: 2039-10-23
Also published as: CN110592312B

Abstract

本发明提供了一种高速车轴用钢的制备方法，包括：(1)制备电极坯；(2)在具有保护气氛的电渣炉中对电极坯进行电渣重熔处理，得到电渣锭；(3)对电渣锭进行加热和轧制，得到高速车轴用钢坯。采用本发明的制备方法能够获得了成分均匀、凝固组织致密、钢中非金属夹杂物尺寸小且球化的高质量高速车轴钢坯料。

Description

一种高速车轴用钢的制备方法

技术领域

本发明属于冶金领域，具体地，本发明涉及一种高速车轴用钢的制备方法。

背景技术

目前国内外车轴钢坯料的制备主要采用电炉或转炉冶炼，轧制或锻造成材。高速列车所用车轴是列车关键承重部件之一，由于涉及运行过程的绝对安全，因此对车轴材质要求绝对稳定可靠。为保证高速列车的安全运行，轴坯材质必须满足高均质、高致密、高纯净、高稳定性的要求。但采用电炉或转炉冶炼生产的车轴钢坯，无法保证内部无大颗粒夹杂、组织成分高度均匀。故在推进国产化进程中，轴坯质量不稳定成为制约性因素，必须采用新的冶炼工艺以保证。

发明内容

本发明的发明目的是：针对现有的车轴钢坯料制备方法无法保证坯料内部无大颗粒夹杂、组织成分高度均匀的缺陷，本发明提供了一种高速车轴用钢的制备方法，采用该方法能够获得了成分均匀、凝固组织致密、钢中非金属夹杂物尺寸小且球化的高质量高速车轴钢坯料。

具体来说，本发明通过如下技术方案实现的：

一种高速车轴用钢的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备电极坯；

(2)在具有保护气氛的电渣炉中对电极坯进行电渣重熔处理，得到电渣锭；

(3)对电渣锭进行加热和轧制，得到高速车轴用钢坯。

进一步，在步骤(1)中，电极坯中的O含量≤0.0014wt％，Mn含量0.75-0.88wt％，Si含量0.30-0.40wt％，Al含量0.025-0.040wt％。

进一步，在步骤(1)中，电极坯的规格不低于φ550mm。

进一步，在步骤(2)中，首先对电极坯表面全部扒皮处理，表面单面修磨深度不小于2mm。

进一步，在步骤(2)中，电渣渣系采用70％CaF₂+30％Al₂O₃基础渣系，再配加6-10kg的MgO粉，渣量180-210kg。

进一步，在步骤(2)中，在渣料中加入0.5-1kg的Al粉。

进一步，在步骤(2)中，在580-620℃对渣料进行烘烤4-5小时。

进一步，在步骤(2)中，自耗电极熔速设置为8.5-10.5kg/min，初期熔速10-10.5kg/min，末期熔速8.5-9.5kg/min。

进一步，在步骤(3)中，升温速度为100-150℃/h，加热温度为1280-1290℃，保温2-3小时后降温到1250-1260℃，再保温2-3小时。

进一步，在步骤(3)中，对电渣锭轧制时，单道次压下量≥40mm，并保证在近终型尺寸有两道次压下量≥90mm压下量。

相比于现有技术，本发明的高速车轴用钢的制备方法具有如下有益效果：

本发明的高速车轴用钢的制备方法的关键点首先是要制取满足条件的电极坯料，通过精炼脱氧和全程保护浇铸，获得氧含量低、成分控制在标准中上限的铸坯；然后通过对铸坯的处理使其成为电渣重熔的自耗电极，再通过配加合理的渣料、选用合适尺寸结晶器、合理的电渣制度，获得了大尺寸的电渣锭；最后通过对电渣锭的加热、轧制加工，制备了高均质、高致密、高纯净的高速车轴钢坯料。

附图说明

图1显示了实施例1制备的轴坯的组织致密度；

图2显示了实施例1制备的轴坯中夹杂物；

图3显示了对比例制备的轴坯的组织致密度；

图4显示了对比例制备的轴坯中夹杂物。

具体实施方式

为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

针对目前高速车轴用钢制备中存在的问题，本发明的发明人通过研究，创造性地在制备电极坯之后采用了不同于常规操作的电渣重熔二次冶炼方法，从而获得了高质量的高速车轴钢坯料。具体是：先制取满足一定条件的电极坯，再对电极坯进行处理和电渣重熔，最后将大尺寸电渣锭通过大压下轧制，满足轧制比6:1，以获得高质量、高稳定性高速车轴钢坯。

在本发明中，采用了电渣重熔工艺，电极坯重新熔化经过“渣洗”净化后，钢中非金属夹杂物数量减少、尺寸小且基本呈圆球状，从而获得高纯净度的坯料。另外，电渣重熔过程可以达到优化凝固组织的目的，从而提高轴坯的致密度，保证车轴的质量安全。

本发明的高速车轴用钢的制备方法对于用于制备高速车轴的任何钢坯均适用，例如，可以是具有如下化学成分的高速车轴钢27CrNiMo(wt％)：

在一种优选的实施方式中，本发明的高速车轴用钢的制备方法包括如下步骤：

(1)制备电极坯

采用电炉冶炼+LF(钢包)精炼+VD(真空脱气)处理+连铸或模注浇铸，制取供电渣重熔用电极坯。前述的电炉冶炼、LF(钢包)精炼、VD(真空脱气)处理、连铸或模注浇铸操作均为冶金领域的常规操作，在实际生产过程中，本领域技术人员根据实际情况能够选择合适的工艺条件，因而在此不做赘述。

为保证后序电渣重熔后成分满足高速车轴钢标准，制取的电极坯中Mn、Si、Al易烧损元素控制在标准中上限值(Mn控制0.75-0.88wt％；Si控制0.30-0.40wt％；Al控制0.025-0.040wt％)。同时要满足电极坯氧含量≤0.0014％(重量)，在浇铸时必须采取氩气保护浇铸，防止钢水二次氧化。

为保证电渣重熔后电渣锭尺寸达到6:1成材延压比，浇铸电极坯的规格须≥φ550mm。

(2)电渣重熔

对电极坯进行表面全部扒皮处理，表面单面修磨深度不小于2mm，通过该操作防止电渣过程增氧。

经过扒皮处理的电极坯连接在假电极上组成电渣重熔的自耗电极，送至具有保护气氛的电渣炉，并选用直径不低于φ740mm结晶器，满足轴坯轧制比(最初钢锭截面积与最终材截面积之比)≥6:1的要求，以进一步提升轴坯致密性的目的。

电渣渣系采用70％(重量)CaF₂+30％Al₂O₃基础渣系(此为电渣重熔生产时常用的一种渣系，作用是熔化的渣液吸收熔化的电极坯钢液中的夹杂物，净化钢液)，再配加16-10kg的MgO粉(加入MgO粉剂的作用是改进所用渣系，减少钢液氧化)，渣量180-210kg。在渣料中按0.1kg/吨钢，加入0.5-1kg的Al粉。加入Al粉之后，对渣料进行580-620℃、时间4-5小时的烘烤。通过加入Al粉和烘烤的操作，能够在电渣过程中有效防止增氧和其它易烧损元素的损失。

在电渣重熔过程中，自耗电极熔速设置为8.5-10.5kg/min。初期熔速10-10.5kg/min，末期熔速8.5-9.5kg/min。初期采用大熔速加快电极坯熔化，末期降低熔速，以使熔化的钢水有效补充钢水的凝固收缩，减少电渣锭的中心缩孔。

(3)制备轴坯

将上述电渣重熔步骤得到的电渣锭送入加热炉进行加热，升温速度为100-150℃/h，设置加热温度为1280-1290℃，保温2-3小时后降温到1250-1260℃，再保温2-3小时。采用此加热工艺，可实现大尺寸电渣锭表面与心部温度均匀，达到表面和心部均匀的热塑性轧制变形。

电渣锭轧制时，单道次压下量≥40mm，并保证在近终型尺寸有两道次压下量≥90mm，以使轧制轴坯的内部组织更加致密。

实施例

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1

本实施例针对高速车轴坯27CrNiMo，化学组成(wt％)：

本实施例的制备过程具体如下：

(1)制备电极坯

(1.1)EBT-EAF(偏心底电炉)装料：废钢8.5吨，铁水74.9吨。

(1.2)冶炼过程电炉侧壁吹氧，分两批加入石灰6820kg进行电炉冶炼，以去除钢中P、S、Si等元素。

(1.3)电炉出钢，测量钢水温度：1640℃，化学成分：C＝0.08％，Si＝0.016％，Mn＝0.055％，P＝0.005％，S＝0.0177％，Ni＝0.02％，Cr＝0.02％，Cu＝0.01％，钢水量77.3吨。

(1.4)出钢随钢流加入401kg石灰、396kg合成渣、247kgAl丸、516kg硅锰、236kg钼铁、1102kg微铬、镍板等合金，初步完成钢包内的成分合金化及脱氧。

(1.5)出钢时采用留钢留渣操作，严禁出钢时有氧化渣流入钢包内。

(1.6)进LF工位测温为1518℃，送电升温5分钟，加入180kg电石。再送电，化渣，进行精炼渣及合金成分调整。在LF精炼阶段加入250kg石灰、280kg高锰合金、100kg硅铁、200kg铝丸、210kg高铬合金、70kg钼铁、58kg钒铁、810kg镍板、18kg碳粉。

(1.7)LF出站温度1670℃，出站时成分为：C＝0.26％、Si＝0.37％、Mn＝0.78％、P＝0.007％、S＝0.0006％、Cr＝1.04％、Ni＝1.07％、Mo＝0.25％、Al＝0.034％、V＝0.04％，在线测量溶解氧为0.00043％。

(1.8)进VD工位，测温，温度为1668℃。移动VD密封盖抽真空，高真空度下(≤67pa)，保持时间25分钟，并全程底吹Ar气。

(1.9)破空后，钢水温度1612℃，喂入Si-Ca线150米。

(1.10)加入优质覆盖剂。底吹Ar气软搅拌，时间15分钟以上。

(1.11)VD出站，测温1578℃。运转钢包至铸钢平台。

(1.12)在浇铸平台，连铸中包预先烧包4小时。钢包上浇铸臂叉后，移动烘烤后的中包至连铸位，浸入式水口对中，并对中包吹氩操作，排除包中空气。

(1.13)钢包旋转至中包上方，装配密封式长水口，打开滑动水口，钢水开始从钢包流入中包。

(1.14)结晶器规格选用φ690mm，二冷比水量为0.11L/kg。从钢包流钢开始中包全程通入氩气，并用石棉覆盖中包上方孔隙。中包内钢水重量37.8吨，调节塞棒开始浇铸，此时中包测温1520℃，过热度18℃，连铸拉速为0.24/min。

(1.15)连铸采用结晶器电磁搅拌(M-EMS)和末端电磁搅拌(F-EMS)，以提高铸坯的凝固质量。

(1.16)铸坯火焰切割，长度2800mm，吊入缓冷坑缓冷24小时。

(2)电渣重熔

(2.1)将φ690mm铸坯表面扒皮处理，表面修磨量3mm，取样分析母材中氧含量为0.0013％。再将扒皮的电极坯表面涂一层CaO粉剂，防止表面氧化。

(2.2)将扒皮后的铸坯焊接在假电极上，组成电渣重熔的自耗电极。

(2.3)选用具有保护气氛的电渣炉，并选用直径为φ740mm结晶器。

(2.4)电渣渣系采用70％CaF₂+30％Al₂O₃基础渣系，再配加10kg的MgO粉，渣量200kg。

(2.5)为防止增氧和其它易烧损元素的损失，在渣料中加入0.5kg的Al粉。并对渣料进行600℃，时间4小时的烘烤。

(2.6)自耗电极目标熔速8.5-10.5kg/min。初期熔速10kg/min，末期熔速9.0kg/min。

(3)制备轴坯

(3.1)将电渣锭吊入加热炉内加热，升温速度为100℃/h，设置加热温度为1290℃，保温2小时后降温到1260℃，再保温3小时。

(3.2)电渣锭轧制时，采用23道次轧制，前21道次轧制时的单道次压下量为40-80mm，最后两道次轧制时的单道次压下量分别为90和100mm。

(3.2)轧制成250×250(mm)规格的轴坯，并堆垛冷却。

针对制备得到的轴坯进行如下效果分析：

采用在75℃热盐酸中浸煮20分钟获得轴坯低倍照片，如图1所示，轴坯凝固组织致密。电渣重熔后钢中非金属夹杂物小且球化，如图2所示。根据图1和图2，可以看出采用本发明的高速车轴用钢的制备方法得到的轴坯，其钢质均匀性、致密度、纯净度得到显著提高。

根据GB/T1979-2001，检验轴坯的致密度如下：(级)

根据GB/T10561，检验钢中非夹杂物钢级别，纯净度如下：(级)

采用光谱法对轴坯全截面成分偏差进行分析，轴坯成分如下(wt％)：

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Al	V	[O]
											0.26	0.24	0.71	0.006	0.001	1.02	1.08	0.25	0.015	0.04	0.0012

全截面成分偏差小于0.02％。

实施例2

本实施例针对高速车轴坯27CrNiMo，化学组成(wt％)：

本实施例的制备过程具体如下：

(1)制备电极坯

(1.1)EBT-EAF(偏心底电炉)装料：废钢9.2吨，铁水76.1吨。

(1.2)冶炼过程电炉侧壁吹氧，分两批加入石灰7010kg进行电炉冶炼，以去除钢中P、S、Si等元素。

(1.3)电炉出钢，测量钢水温度：1640℃，化学成分：C＝0.08％，Si＝0.014％，Mn＝0.057％，P＝0.005％，S＝0.0175％，Ni＝0.02％，Cr＝0.02％，Cu＝0.01％，钢水量77.3吨。

(1.4)出钢随钢流加入436kg石灰、398kg合成渣、249kgAl丸、516kg硅锰、239kg钼铁、1110kg微铬、镍板等合金，初步完成钢包内的成分合金化及脱氧。

(1.6)进LF工位测温为1518℃，送电升温5分钟，加入182kg电石。再送电，化渣，进行精炼渣及合金成分调整。在LF精炼阶段加入251kg石灰、281kg高锰合金、102kg硅铁、203kg铝丸、215kg高铬合金、70kg钼铁、59kg钒铁、811kg镍板、22kg碳粉。

(1.7)LF出站温度1670℃，出站时成分为：C＝0.26％、Si＝0.31％、Mn＝0.88％、P＝0.007％、S＝0.0006％、Cr＝1.04％、Ni＝1.07％、Mo＝0.25％、Al＝0.025％、V＝0.05％，在线测量溶解氧为0.00091％。

(1.9)破空后，钢水温度1613℃，喂入Si-Ca线150米。

(1.10)加入优质覆盖剂。底吹Ar气软搅拌，时间15分钟以上。

(1.11)VD出站，测温1578℃。运转钢包至铸钢平台。

(1.16)铸坯火焰切割，长度2800mm，吊入缓冷坑缓冷24小时。

(2)电渣重熔

(2.4)电渣渣系采用70％CaF₂+30％Al₂O₃基础渣系，再配加6kg的MgO粉，渣量180kg。

(2.5)为防止增氧和其它易烧损元素的损失，在渣料中加入0.9kg的Al粉。并对渣料进行600℃，时间4小时的烘烤。

(3)制备轴坯

(3.2)轧制成250×250(mm)规格的轴坯，并堆垛冷却。

针对制备得到的轴坯进行如下效果分析：

根据GB/T1979-2001，检验轴坯的致密度如下：(级)

根据GB/T10561，检验钢中非夹杂物钢级别，纯净度如下：(级)

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Al	V	[O]
											0.26	0.23	0.75	0.004	0.0009	1.03	1.10	0.24	0.018	0.04	0.0013

全截面成分偏差小于0.02％。

对比例：(常规工艺)

(1)电炉冶炼、精炼及浇铸同上述实施例1。

(2)将浇铸铸坯直接加热轧制。

(3)常规工艺制备的轴坯致密度及纯净度如下：

根据GB/T1979-2001，检验轴坯的致密度如下：(级)

根据GB/T10561，检验钢中非夹杂物钢级别，纯净度如下：(级)

采用光谱法对轴坯全截面成分偏差进行分析，表面与心部的成分存在一定的偏差，特别是碳含量，偏差在0.03-0.04％。

轴坯组织致密度如图3所示，轴坯中夹杂物如图4所示。通过将图1与图3进行比较，可以看出，采用本发明的高速车轴用钢的制备方法得到的轴坯的致密度得到显著提高。通过将图2与图4进行比较，可以看出，采用本发明的高速车轴用钢的制备方法得到的轴坯中夹杂物明显减少。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高速车轴用钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备电极坯；

(3)对电渣锭进行加热和轧制，得到高速车轴用钢坯。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，电极坯中的O含量≤0.0014wt％，Mn含量0.75-0.88wt％，Si含量0.30-0.40wt％，Al含量0.025-0.040wt％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，电极坯的规格不低于φ550mm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，首先对电极坯表面全部扒皮处理，表面单面修磨深度不小于2mm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，电渣渣系采用70％CaF₂+30％Al₂O₃基础渣系，再配加6-10kg的MgO粉，渣量180-210kg。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，在渣料中加入0.5-1kg的Al粉。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，在580-620℃对渣料进行烘烤4-5小时。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，自耗电极熔速设置为8.5-10.5kg/min，初期熔速10-10.5kg/min，末期熔速8.5-9.5kg/min。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，升温速度为100-150℃/h，加热温度为1280-1290℃，保温2-3小时后降温到1250-1260℃，再保温2-3小时。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，对电渣锭轧制时，单道次压下量≥40mm，并保证在近终型尺寸有两道次压下量≥90mm压下量。