CN113088814A - 一种经济型耐低温f型钢及其生产方法 - Google Patents

一种经济型耐低温f型钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种经济型耐低温F型钢及其生产方法，按重量百分比计算包括以下组分：C：0.07～0.12％、Si：0.1～0.25％、Mn：0.7～1.0％、P≤0.02％、S≤0.015％、Ti：0.015～0.030％、Nb：0.015～0.035％、Als：0.015～0.035％，N：0.005～0.012％，其余为Fe和杂质元素；生产方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空处理、连铸、加热、粗轧、精轧及控冷步骤。本发明制备的耐低温F型钢晶粒细组织均匀，低温冲击性能高、冲击韧性高并且金属流动性好；有良好的耐低温性能及成型性能优良。

Description

一种经济型耐低温F型钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及冶金技术的技术领域，尤其涉及一种经济型耐低温F型钢及其生产方法。
背景技术
磁浮列车是通过车体上的悬浮磁铁通电时与铁磁性轨道之间产生引力实现悬浮和导向。列车的牵引电机是短定子直线电机，电机初级也就是定子，是安装在车体上的，牵引功率的转换和控制是在车上实现的。车体上安装直线电机的定子，其正下方的轨道上安装有感应板，当定子通过三相电流后产生一个移动的磁场，这个磁场在感应板上感应出电流和感生磁场，两个磁场相互作用就产生了推力。F型轨是一种承受磁浮车辆悬浮力、导向力及牵引力的基础构件，由F型钢和感应板组成。
中国专利申请号为CN201410380062.X的专利文献，公开了一种中低速磁浮列车用F型钢轨及悬浮和推进系统结构，其中低速磁浮列车轨道用F型钢轨，包括F型钢、铝感应板和紧固螺栓，所述F型钢的下表面分别设有外磁极腿和内磁极腿，所述F型钢还包括感应铁芯；所述F型钢横断面为F形，上表面是一个平面；所述铝感应板设于感应铁芯上方，与感应铁芯采用同一组紧固螺栓安装在F型钢的上表面；该发明的中低速磁浮列车轨道用悬浮和推进系统结构，包括上述的F型钢轨，还包括悬浮列车的U型磁铁；该发明可以降低中低速磁浮列车的运行能耗，提高能源利用效率，节能减排。该发明的缺点其冲击性能不能满足-20℃的要求。
中国专利申请CN01126937公开了一种磁悬浮列车用高性能软磁钢，其成分为C：0.010～0.070％，Si：1.0～2.0％，Mn：0.30～0.80％，P：≤0.020％，S：≤0.010％，AlT：0.02～0.09％，Cr：0.6～1.0％，Cu：0.2～0.6％，Ti≤0.008％，N：≤0.01％，Ni：≤0.8％，Ca：≤100ppm，其余为铁和不可避免的夹杂。钢板正火温度控制在930～970℃，冷却速度控制在0.5～2/s之间，当钢板温度≤650℃时，钢板自然空冷到室温。该专利所产生薄钢板一是用于高速磁浮列车定子绕组的叠片钢，成分复杂，生产过程控制复杂，生产成本高，二是加工成F型导轨，需要进行焊接以及机加工，生产效率低，难以实现批量化生产。
另外，中国专利申请CN01126937公开了一种高磁通密度磁浮轨道用F型钢及其生产方法，包括以下组分及其重量百分比含量：C：0.04～0.07％、Si：0.08～0.20％、Mn：0.5～0.8％、P≤0.015％、S≤0.015％、Nb：0.015～0.030％、Als：0.03～0.05％，其余为Fe和杂质元素。本发明通过钢种成分设计及炼钢过程中控制夹杂物颗粒数目和大小，同时配以高温快轧，达到合金元素固溶于钢中并使得晶粒快速长大，获得具有高磁通密度并且力学性能优良的磁浮轨道用F型钢，本发明大幅提高了F型钢的磁通密度，比现有F型钢的磁通密度提高15％以上。该专利缺点是低温冲击功值较小，无法满足低温下使用。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种经济型耐低温F型钢及其生产方法，该经济型耐低温F型钢有良好的耐低温性能，并且成型性能优良。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种耐低温磁浮轨道用F型钢，按重量百分比计算包括以下组分：C：0.07～0.12％、Si：0.1～0.25％、Mn：0.7～1.0％、P≤0.02％、S≤0.015％、Ti：0.015～0.030％、Nb：0.015～0.035％、Als：0.015～0.035％，N：0.005～0.012％，其余为Fe和杂质元素。
进一步地，包括以下组分及其重量百分比含量：C：0.08～0.095％、Si：0.15～0.20％、Mn：0.78～0.95％、P≤0.02％、S≤0.015％、Ti：0.018～0.027％、Nb：0.020～0.030％、Als：0.015～0.035％，N：0.007～0.009％，其余为Fe和杂质元素。
一种耐低温磁浮轨道用F型钢的生产方法，包括铁水脱硫、转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空处理、连铸、加热、粗轧、精轧及控冷步骤，其特征在于：所述LF炉精炼步骤中，炉渣碱度控制为3.0～4.0，LF炉处理时间不低于30min；所述加热步骤中，控制均热段温度为1240～1280℃，加热时间200-240min；所述粗轧步骤中，控制其开轧温度≥1080℃；所述精轧步骤中，控制其终轧温度≥880℃。
进一步地，所述连铸步骤中，采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，浸入深度为85～105mm；控制中包钢水温度在其钢种液相温度线以上15～25℃；控制铸坯拉速为0.6～0.8m/min。
进一步地，所述转炉冶炼中，控制出钢温度为1630～1650℃。
进一步地，所述RH真空处理步骤中，采用深真空度，压力≤100Pa的处理时间≥15min。
进一步地，所述粗轧步骤中，控制开轧温度为1120～1150℃。
进一步地，所述精轧步骤中，控制终轧温度为905～945℃。
进一步地，所述控冷步骤中，终轧后利用特有的冷却装置使得腹板温度快速冷却至720-750℃，然后控制冷速在2-5℃/s下冷却。
更进一步地，所述LF炉精炼步骤中，炉渣碱度控制为3.2～3.8。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：
其一，本发明通过钢种成分设计及炼钢过程中控制夹杂物颗粒数目和大小，同时配以高温快轧及控冷方式，达到Ti、Nb复合析出细小的析出物，析出率达到90％以上，从而细化晶粒和均匀组织的目的，使得低温冲击性能提高。
其二，本发明将炉渣碱度控制在3.2～3.8，通过高碱度以及真空处理控制S含量、夹杂物颗粒数目及大小，从而使得冲击韧性提高。
其三，由于F型钢轧制的特殊性，特别是F型钢两个腿尖，轧制过程中冷却较快，金属流动性差，为了保证金属流动性，减少轧机负荷，保证每个角充满，控制均热温度1240℃以上，终轧温度不低于880℃，以保证腿尖温度。单一的铌或钛的碳氮化物析出温度较高，颗粒较粗，析出强化作用较弱，但复合添加铌和钛会使它们在钢中的活度降低，溶解度增大，因而降低了其碳氮化物的析出温度，细化了析出相，改善了它们在钢中的析出强化作用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1是本发明实施例1所得磁浮轨道用F型钢的金相组织结构图片；
图2是本发明F型轨冷却分布示意图。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
实施例1
一种耐低温磁浮轨道用F型钢，化学成分按重量比为：C：0.085％、Si：0.18％、Mn：0.83％、P0.008％、S0.005％、Ti：0.023％、Nb：0.027％、Als：0.0238％，N：0.0085％，其余为Fe和杂质元素。其生产过程如下：
1)常规进行铁水脱硫及转炉冶炼，并控制出钢温度在1637℃；
2)加入活性石灰等，造白渣，炉渣碱度控制在3.93，LF炉处理时间45min；
3)RH真空处理：采用深真空度，压力59Pa的处理时间为18min；
4)进行连铸，采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，浸入深度在89mm；中包钢水温度按照在其钢种液相温度线以上23℃控制；铸坯拉速控制在0.6m/min；
5)对铸坯进行自然堆垛冷却至室温，严禁向铸坯表面浇水；
6)对钢坯加热，控制均热段温度为：1253℃，加热时间223min，并控制不得过热、过烧；
7)进行粗轧，并控制其开轧温度在1132℃；
8)进行精轧，控制其终轧温度931℃；
9)超快冷装置使得断面温度冷却至735℃，后冷却速度为3.8℃/S。
实施例2
一种耐低温磁浮轨道用F型钢，化学成分按重量比为：C：0.92％、Si：0.18％、Mn：0.86％、P0.006％、S0.005％、Ti：0.023％、Nb：0.027％、Als：0.0311％，N：0.0085％，其余为Fe和杂质元素。其生产过程如下：
1)常规进行铁水脱硫及转炉冶炼，并控制出钢温度在1657℃；
2)加入活性石灰等，造白渣，炉渣碱度控制在3.87，LF炉处理时间39min；
3)RH真空处理：采用深真空度，压力69Pa的处理时间为16min；
4)进行连铸，采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，浸入深度在99mm；中包钢水温度按照在其钢种液相温度线以上18℃控制；铸坯拉速控制在0.6m/min；
5)对铸坯进行自然堆垛冷却至室温，严禁向铸坯表面浇水；
6)对钢坯加热，控制均热段温度为：1277℃，加热时间201min，并控制不得过热、过烧；
7)进行粗轧，并控制其开轧温度在1142℃；
8)进行精轧，控制其终轧温度923℃；
9)超快冷装置使得断面温度冷却至722℃，后冷却速度为4.2℃/S。
实施例3
一种耐低温磁浮轨道用F型钢，化学成分按重量比为：C：0.081％、Si：0.15％、Mn：0.79％、P0.012％、S0.003％、Ti：0.019％、Nb：0.022％、Als：0.0176％，N：0.0075％，其余为Fe和杂质元素。其生产过程如下：
1)常规进行铁水脱硫及转炉冶炼，并控制出钢温度在1632℃；
2)加入活性石灰等，造白渣，炉渣碱度控制在3.25，LF炉处理时间48min；
3)RH真空处理：采用深真空度，压力58Pa的处理时间为17min；
4)进行连铸，采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，浸入深度在103mm；中包钢水温度按照在其钢种液相温度线以上16℃控制；铸坯拉速控制在0.8m/min；
5)对铸坯进行自然堆垛冷却至室温，严禁向铸坯表面浇水；
6)对钢坯加热，控制均热段温度为：1253℃，加热时间223min，并控制不得过热、过烧；
7)进行粗轧，并控制其开轧温度在1146℃；
8)进行精轧，控制其终轧温度913℃；
9)超快冷装置使得断面温度冷却至741℃，后冷却速度为2.7℃/S。
将实施例1～3生产的F型钢与市场上的两个对比钢种，对比钢1，成分为0.19％C、0.57％Mn、0.217％Si、0.023％P、0.003％S、0.029％Cr、0.012％Ni；对比钢2，成分为C：0.047％、Si：0.095％、Mn：0.62％、P：0.008％、S：0.003％、Nb：0.026％、Als：0.0412％。对上述五种成分钢进行力学性能及低温冲击检验。
表1
Figure BDA0002993077320000061
从表1中可以看出，本发明比对比例的低温冲击韧性明显提升，远远-20℃时候大于等于27J的标准要求。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种经济型耐低温F型钢，其特征在于，按重量百分比计算包括以下组分：C：0.07～0.12％、Si：0.1～0.25％、Mn：0.7～1.0％、P≤0.02％、S≤0.015％、Ti：0.015～0.030％、Nb：0.015～0.035％、Als：0.015～0.035％，N：0.005～0.012％，其余为Fe和杂质元素。
2.如权利要求1所述的经济型耐低温F型钢及其生产方法，其特征在于：所述经济型耐低温F型钢包括以下组分及其重量百分比含量：C：0.08～0.095％、Si：0.15～0.20％、Mn：0.78～0.95％、P≤0.02％、S≤0.015％、Ti：0.018～0.027％、Nb：0.020～0.030％、Als：0.015～0.035％，N：0.007～0.009％，其余为Fe和杂质元素。
3.一种经济型耐低温F型钢的生产方法，其特征在于，包含如下步骤：铁水脱硫、转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空处理、连铸、加热、粗轧、精轧及控冷；所述LF炉精炼步骤中，炉渣碱度控制为3.0～4.0，LF炉处理时间不低于30min；所述加热步骤中，控制均热段温度为1240～1280℃，加热时间200-240min；所述粗轧步骤中，控制其开轧温度≥1080℃；所述精轧步骤中，控制其终轧温度≥880℃。
4.如权利要求3所述的经济型耐低温F型钢的生产方法，其特征在于：所述连铸步骤中，采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，浸入深度为85～105mm；控制中包钢水温度在其钢种液相温度线以上15～25℃；控制铸坯拉速为0.6～0.8m/min。
5.如权利要求3所述的经济型耐低温F型钢的生产方法，其特征在于：所述转炉冶炼中，控制出钢温度为1630～1650℃。
6.如权利要求3所述的经济型耐低温F型钢的生产方法，其特征在于：所述RH真空处理步骤中，采用深真空度，压力≤100Pa的处理时间≥15min。
7.如权利要求3所述的经济型耐低温F型钢的生产方法，其特征在于：所述粗轧步骤中，控制开轧温度为1120～1150℃。
8.如权利要求3所述的经济型耐低温F型钢的生产方法，其特征在于：所述精轧步骤中，控制终轧温度为905～945℃。
9.如权利要求3所述的经济型耐低温F型钢的生产方法，其特征在于：所述控冷步骤中，终轧后利用特有的冷却装置使得腹板温度快速冷却至720-750℃，然后控制冷速在2-5℃/s下冷却。
10.如权利要求3所述的经济型耐低温F型钢的生产方法，其特征在于：所述LF炉精炼步骤中，炉渣碱度控制为3.2～3.8。
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