CN113549810A

CN113549810A - 大规格机车车轴钢坯及其制备方法

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Publication number: CN113549810A
Application number: CN202110808217.5A
Authority: CN
Inventors: 邬中华; 张锦文; 王育田; 王松伟; 王之香
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2021-10-26

Abstract

本发明属于钢铁冶炼技术领域，涉及一种大规格机车车轴钢坯及其制备方法。本发明的大规格机车车轴钢坯制备方法，包括：(1)采用电炉冶炼+LF精炼+VD处理得到钢水；(2)所述钢水经连铸得到大断面连铸圆坯；(3)对所述大断面连铸圆坯进行阶梯递进式加热；(4)锻造，得到大规格机车车轴钢坯。本发明的大规格机车车轴钢坯制备方法，采用先进连铸工艺后机车车轴钢的成材率及生产效率大大提高。本发明的机车车轴钢坯纯净度高、凝固组织致密、同截面的成分偏析小，有利于用户成轴后组织、性能均匀，满足机车安全运行对机车车轴材质的要求。

Description

大规格机车车轴钢坯及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术领域，涉及一种大规格机车车轴钢坯及其制备方法。

背景技术

由于机车车轴设计结构复杂，运行环境恶劣、运行过程中受力状况更为复杂，故机车车轴比车辆车轴质量要求更高，必须保证机车在其整个行驶近200万公里服役期内的绝对运行安全。目前机车车轴钢生产均采用模铸钢锭制造，由于模铸钢锭尺寸大，在加工机车车轴时加工变形大，可以很好地改善大规格机车车轴内部的组织，保证机车的安全运行。但模铸工艺生产效率低、成材率不高，且与耐辅材接触频繁无法保证内部大颗粒夹杂完全去除。

连铸工艺具有自动化程度高，生产过程控制手段多，钢水纯净、钢质均匀等特点。但生产大规格机车车轴采用连铸坯工艺，首先要保证连铸生产的铸坯尺寸在φ600mm以上，且铸坯中心的冶金缺陷少，截面成分偏析小，具有较大的技术难度。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种大规格机车车轴钢坯及其制备方法。

一方面，本发明的大规格机车车轴钢坯制备方法，包括：

(1)采用电炉冶炼+LF精炼+VD处理得到钢水；

(2)所述钢水经连铸得到大断面连铸圆坯；

(3)对所述大断面连铸圆坯进行阶梯递进式加热；

(4)锻造，得到大规格机车车轴钢坯。

上述的大规格机车车轴钢坯制备方法，所述连铸采用恒温恒速浇铸、稳定液位控制技术、风雾弱冷技术及三段电磁搅拌技术。

上述的大规格机车车轴钢坯制备方法，所述阶梯递进式加热包括：将所述大断面连铸圆坯以80-100℃/h升温速度加热至900-1000℃，保温2-3h；再以100-150℃/h升温速度加热至1220-1240℃，保温3-4h。

上述的大规格机车车轴钢坯制备方法，所述锻造包括：第一火压下量30-60mm，进料量为砧子宽度的1/2-2/3，将圆坯锻造成方坯；第二火压下量10-20mm，进料量为砧子宽度的1/3-1/2。

上述的大规格机车车轴钢坯制备方法，所述锻造的锻压比为4:1-5:1。

上述的大规格机车车轴钢坯制备方法，所述锻造后还包括锻坯倒棱、矫直、修磨工序。

上述的大规格机车车轴钢坯制备方法，按GB/T7736对所述大规格机车车轴钢坯进行超声波探伤检验，缺陷当量小于φ2.5mm。

另一方面，本发明的大规格机车车轴钢坯，由上述的大规格机车车轴钢坯制备方法制备而成。

上述的大规格机车车轴钢坯，按重量百分比计，包括：C 0.40％-0.48％，Si0.15％-0.35％，Mn 0.55％-0.85％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr≤0.30％，Ni ≤0.30％，Cu≤0.25％，Als 0.010％-0.050％，[O]≤0.0020％。

本发明的技术方案具有如下的有益效果：

(1)本发明的大规格机车车轴钢坯制备方法，首先，通过精炼脱氧和全程保护浇铸，以及合理的连铸工艺参数设置，获得了成分均匀、凝固组织致密、中心等轴晶区达30％左右的连铸圆坯；然后通过对铸坯的阶梯递进式加热工艺，使得大尺寸的铸坯表面与心部温度差异小，表面无加热裂纹；最后通过对加热的铸坯进行二火合理的锻压技术，制备了高均质、高致密、高纯净的大规格机车车轴钢坯料；

(2)本发明的大规格机车车轴钢坯制备方法，采用先进连铸工艺后机车车轴钢的成材率及生产效率大大提高；

(3)本发明的机车车轴钢坯纯净度高、凝固组织致密、同截面的成分偏析小，有利于用户成轴后组织、性能均匀，满足机车安全运行对机车车轴材质的要求。

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。

本文使用的术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序或重要性，而是用于区别一个要素与另一要素，术语“该”“所述”“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的对象。另外，本文公开的所有范围包括端点而且可独立地组合。

本发明的大规格机车车轴钢坯制备方法，是采用连铸工艺生产大端面的铸坯再结合锻造工艺制造大规格机车车轴坯的专有技术，其技术构思为：先制取满足一定条件的大断面连铸圆坯，再对连铸圆坯进行锻造加工，锻压比满足4:1-5:1，以获得高均质、高纯净、高致密大规格机车车轴钢坯。

具体的，本发明的一种大规格机车车轴钢坯制备方法，包括：

(1)采用电炉冶炼+LF精炼+VD处理得到钢水；

(2)所述钢水经连铸得到大断面连铸圆坯；

(3)对所述大断面连铸圆坯进行阶梯递进式加热；

(4)锻造，得到大规格机车车轴钢坯。

本发明的大规格机车车轴钢坯制备方法采用连铸工艺后机车车轴钢的成材率及生产效率大大提高。

在一些优选的实施方式中，本发明的一种大规格机车车轴钢坯制备方法，包括：

(1)采用电炉冶炼+LF精炼+VD处理得到钢水。

可选的，电炉冶炼的原料为废钢和/或铁水。

可选的，所述电炉冶炼、所述LF精炼和所述VD处理均按照现有的工艺进行，本发明对此不做具体限定。

(2)所述钢水经连铸得到大断面连铸圆坯。

优选的，在钢水浇铸过程中，采用氩气对钢水进行全程保护。

优选的，连铸钢水过热度15-35℃，拉速0.20-0.24m/min，结晶器冷却水量4000-4500L/min，二冷区比水量0.10-0.13L/kg，并采用三段式电磁搅拌：结晶器电磁搅拌M-EMS，电流强度100-150A，电磁频率2.5-4Hz；二冷电磁搅拌S-EMS，电流强度100-200A，电磁频率2.0-3.0Hz；末端电磁搅拌F-EMS，电流强度250-300A，电磁频率1.2-2.0Hz。

可选的，在一个具体实施例中，所述大断面连铸圆坯的直径为φ690mm。

优选的，所述连铸采用恒温恒速浇铸、稳定液位控制技术、风雾弱冷技术及三段电磁搅拌技术，借此，可保证大断面连铸圆坯全截面成分均匀，中心等轴晶区率为25-35％，中心缩孔尺寸小于3mm且无星状裂纹。

进一步优选的，所述恒温恒速浇铸包括：中包保温措施,降低温度损失，控制钢水过热度15-35℃(温度波动在≤20℃范围内)，由计算机系统设置恒定的浇铸速度。

进一步优选的，所述稳定液位控制技术包括：采用结晶器液位涡流检验系统与塞棒控制装置联动技术，保证钢水液面高度(相对结晶器顶端)保持在78-82mm。

进一步优选的，所述风雾弱冷技术包括：采用专用水雾喷嘴，控制水量并实现冷却水雾化，对铸坯进行冷却。

进一步优选的，所述三段电磁搅拌技术包括：结晶器电磁搅拌(M-EMS)、二冷电磁搅拌(S-EMS)和末端电磁搅拌(F-EMS)，以提高铸坯的凝固质量，增加铸坯的等轴晶比例。

经检测，本发明的大断面连铸圆坯同截面成分均匀，碳、锰成分波动小于0.03％；钢质纯净，钢中非金属夹杂物级别均小于0.5级。

本发明通过精炼脱氧和全程保护浇铸，以及合理的连铸工艺参数设置，获得了成分均匀、凝固组织致密、中心等轴晶区达30％左右的连铸圆坯。

(3)对所述大断面连铸圆坯进行阶梯递进式加热。

优选的，所述阶梯递进式加热在加热炉中进行。

优选的，所述阶梯递进式加热包括：将所述大断面连铸圆坯以80-100℃/h升温速度加热至900-1000℃，保温2-3h；再以100-150℃/h升温速度加热至1220-1240℃，保温3-4h。

本发明通过采用阶梯递进式加热，可以保证大断面连铸圆坯(如φ690mm的大圆坯)烧透，表面与心部温度差别小，同时又防止加热开裂。

(4)锻造，得到大规格机车车轴钢坯。

可选的，所述锻造采用液压快锻机进行。

优选的，进行锻造时采用两火成材技术：第一火压下量30-60mm，进料量为砧子宽度的1/2-2/3，将圆坯锻造成方坯；第二火压下量10-20mm，进料量为砧子宽度的1/3-1/2。

其中，当第一火压下量小于30mm时，则对轴坯心部质量的致密性改善小；当第一火压下量大于60mm时，则容易造成表面折叠缺陷。当第二火压下量小于10mm时，则锻造效率低，温降快；当第二火压下量大于20mm时，则易在锻坯的表面形成凸台或凹坑缺陷。

在一个具体实施例中，第一火将φ690mm的大断面连铸圆坯锻造至400mm方，第二火锻造至285mm方。

优选的，在进行第二锻造前，将大断面连铸圆坯放入炉中加热20分钟补温。

优选的，在锻造后期采用高频小压下工艺，每次压下量5-10mm。

优选的，所述锻造的锻压比为4:1-5:1，保证了轴坯内部致密。

本发明通过对加热的铸坯进行二火合理的锻压技术，制备了高均质、高致密、高纯净的大规格机车车轴钢坯料。

可选的，锻造结束后还包括锻坯倒棱、矫直、修磨工序。

另一方面，本发明还提供了一种大规格机车车轴钢坯，其由上述的大规格机车车轴钢坯制备方法制备而成。

所述的大规格机车车轴钢坯，按重量百分比计，包括：C 0.40％-0.48％，Si0.15％-0.35％，Mn 0.55％-0.85％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr≤0.30％，Ni≤0.30％，Cu≤0.25％，Als 0.010％-0.050％，[O]≤0.0020％。

本发明的机车车轴钢坯纯净度高、凝固组织致密、同截面的成分偏析小，有利于用户成轴后组织、性能均匀。

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。

以连铸工艺锻造生产280mm方JZ1为例，其主要成分如表1.

表1机车车轴钢JZ1化学成分(wt％)

具体实施步骤如下：

(1)EBT-EAF(偏心底电炉)装料：废钢12.2吨，铁水76.4吨。

(2)冶炼过程电炉侧壁吹氧，分两批加入石灰3820kg进行电炉冶炼，以去除钢中P、S、Si等元素。

(3)电炉出钢，测量钢水温度：1645℃，化学成分：C＝0.27％，Si＝0.036％，Mn＝0.109％，P＝0.006％，S＝0.017％，Ni＝0.007％，Cr＝0.040％，Cu＝0.007％，钢水量84.7吨。

(4)出钢随钢流加入400kg石灰、300kg白云石、399kg合成渣、155kgAl丸、606kg硅锰、196kg高铬、50kg高锰等合金，初步完成钢包内的成分合金化及脱氧。

(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。

(6)进LF工位测温为1550℃，送电升温10分钟，加入150kg电石并加入200kg石灰、116kg高锰合金、75kg铝丸、52kg钒铁进行第一次成分调节。再送电10分种，升温、化渣，进行第二次渣系和成分调节，加入200kg石灰，50kg高锰合金、40kg硅铁和20kg铝丸。全过程底吹氩气，流量为1100NL/min。

(7)LF出站温度1661℃，出站时成分为：C＝0.44％、Si＝0.27％、Mn＝0.70％、P＝0.008％、S＝0.001％、Cr＝0.25％、Ni＝0.02％、Mo＝0.006％、Al＝0.038％、V＝0.03％。

(8)进VD工位，测温，温度为1652℃。移动VD密封盖抽真空，高真空度下(≤67pa)，保持时间25分钟，并全程底吹氩气，流量为110NL/min。

(9)真空处理完成后，钢水温度1598℃，喂入Si-Ca线150米。

(10)加入优质覆盖剂。底吹Ar气软搅拌，流量60NL/min，时间15分钟以上。

(11)VD出站，测温1572℃。运转钢包至铸钢平台。

(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。

(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。

(14)结晶器规格选用φ690mm，二冷区采用风雾冷却比水量控制为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0.22m/min。

(15)连铸采用结晶器电磁搅拌(M-EMS)、二冷电磁搅拌(S-EMS)和末端电磁搅拌(F-EMS)，以提高铸坯的凝固质量，增加铸坯的等轴晶比例。

(16)铸坯火焰切割，长度2800mm，吊入缓冷坑缓冷24小时。

(17)将2800mm长的φ690mm铸坯分切成长度为1400mm两块。低倍检验分析，φ690mm的铸坯等轴晶区直径φ230mm，等轴晶率33.3％。

(18)将分切的铸坯装入加热炉内升温加热，按阶梯段升温，以100℃/h升温到900℃，保温2小时，再以120℃/h升温速度至1240℃，保温3小时。

(19)采用液压快锻机锻造，均匀压下，初始阶段每单边要求压下30-60mm，进料量为砧子宽度的2/3左右，第一火将φ690mm锻压至400mm方规格，表面温度为950℃左右，入炉补温。

(20)入炉再加热20分钟进行第二火锻造，压下量10-20mm，进料量为砧宽1/2左右，直接将400mm方锻造成285mm轴坯。在锻造后期，采用高频小压下工艺，每次压下量5-10mm。整个锻压过程的锻压比达到4.6，保证了轴坯内部致密。

(21)锻坯倒棱、矫直操作。倒棱要求对角压下每边压下15mm左右，矫直要求弯曲度10mm/m。

(22)锻坯堆垛冷却。

(23)对锻坯进行全表面修磨处理，单面修磨量2-3mm。

(24)对锻坯按GB/T7736进行超声波探伤检验，达到缺陷当量小于φ2.5mm的水平。

表2锻后轴坯的成分(wt％)

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Al	V	[O]
											0.44	0.26	0.68	0.008	0.001	0.25	0.02	0.006	0.036	0.04	0.0011

(25)实际检测截面各元素的成分波动为0-0.03％。

(26)分析轴坯的非金属夹杂物：A类夹杂(硫化物类)为0级，B类夹杂(氧化铝类)0.5级，C类夹杂(硅酸盐类)为级，D类夹杂(球状氧化物类)0.5级，DS类夹杂(单颗粒球状类)0.5级。

本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims

1.一种大规格机车车轴钢坯制备方法，其特征在于，包括：

(1)采用电炉冶炼+LF精炼+VD处理得到钢水；

(2)所述钢水经连铸得到大断面连铸圆坯；

(3)对所述大断面连铸圆坯进行阶梯递进式加热；

(4)锻造，得到大规格机车车轴钢坯。

2.根据权利要求1所述的大规格机车车轴钢坯制备方法，其特征在于，所述连铸采用恒温恒速浇铸、稳定液位控制技术、风雾弱冷技术及三段电磁搅拌技术。

3.根据权利要求1所述的大规格机车车轴钢坯制备方法，其特征在于，所述阶梯递进式加热包括：将所述大断面连铸圆坯以80-100℃/h升温速度加热至900-1000℃，保温2-3h；再以100-150℃/h升温速度加热至1220-1240℃，保温3-4h。

4.根据权利要求1所述的大规格机车车轴钢坯制备方法，其特征在于，所述锻造包括：第一火压下量30-60mm，进料量为砧子宽度的1/2-2/3，将圆坯锻造成方坯；第二火压下量10-20mm，进料量为砧子宽度的1/3-1/2。

5.根据权利要求4所述的大规格机车车轴钢坯制备方法，其特征在于，所述锻造的锻压比为4:1-5:1。

6.根据权利要求1所述的大规格机车车轴钢坯制备方法，其特征在于，所述锻造后还包括锻坯倒棱、矫直、修磨工序。

7.根据权利要求6所述的大规格机车车轴钢坯制备方法，其特征在于，按GB/T7736对所述大规格机车车轴钢坯进行超声波探伤检验，缺陷当量小于φ2.5mm。

8.一种大规格机车车轴钢坯，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的大规格机车车轴钢坯制备方法制备而成。

9.根据权利要求8所述的大规格机车车轴钢坯，其特征在于，按重量百分比计，包括：C0.40％-0.48％，Si 0.15％-0.35％，Mn 0.55％-0.85％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr≤0.30％，Ni≤0.30％，Cu≤0.25％，Als 0.010％-0.050％，[O]≤0.0020％。