CN115433866B

CN115433866B - 一种低成本高质量高速钢轨钢的冶炼方法

Info

Publication number: CN115433866B
Application number: CN202211013379.0A
Authority: CN
Inventors: 董捷; 赵桂英; 边影; 王嘉伟; 薛虎东; 王慧军; 郑瑞; 张凤明
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2022-08-23
Filing date: 2022-08-23
Publication date: 2024-02-23
Anticipated expiration: 2042-08-23
Also published as: CN115433866A

Abstract

本发明公开一种低成本高质量高速钢轨钢的冶炼方法，属于冶金材料技术领域。本发明提供的低成本高质量高速钢轨钢的冶炼方法通过控制连铸工艺参数等，能够保证最终轧制获得的高速钢轨在降低Mn含量的基础上具有良好的力学性能，因此可以降低高速钢轨的生产成本。

Description

一种低成本高质量高速钢轨钢的冶炼方法

技术领域

本发明属于冶金材料技术领域，具体涉及一种低成本高质量高速钢轨钢的冶炼方法。

背景技术

高速铁路以行车速度快、运营量大、准点率高、行车安全、舒适度好、占地面积少、环保、能耗低等优点，已在世界各国掀起了高速化浪潮。高铁的快速发展趋势不仅加速了沿线地区的社会经济发展，而且随着网站的合理布局和道路网络结构的逐步完善，许多大中城市都从中受益。

U71Mn钢轨(其化学成分通常包括：C 0.65～0.80；Si 0.15～0.58；Mn 1.10～1.20.；P≤0.025；S≤0.025，以下称传统U71Mn钢轨，其力学性能要求：抗拉强度≥880MPa，伸长率A≥10％)具有高强韧性和抗疲劳性，被广泛应用于高速铁路建设中，但目前U71Mn钢轨成本为5200元/吨，U71Mn钢轨售价为4512元/吨，吨钢亏损688元/吨，导致整个钢轨产业一度处于亏损的生产模式中。因此开发低成本高质量高速钢轨具有非常重要意义。

发明内容

鉴于上述问题，本发明一个方面提供一种低成本高质量高速钢轨钢的冶炼方法，其包括以下工艺：铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→连铸；其中：

所述铁水预处理工艺中，控制铁水中的硫含量0.011％，磷含量0.10％；

所述转炉冶炼工艺中，控制出钢C含量0.1％，出钢温度1640℃，出钢后加入白灰、硅钙钡和萤石，进行脱氧和对炉渣改质，出钢过程中保证吹氩效果，钢水精炼就位时顶渣没有结坨现象；

所述LF精炼工艺中，LF精炼时控制炉渣碱度≥2.1，离位温度1588℃；

所述VD真空脱气工艺中，深真空脱气时间15min，真空脱气后软吹18min，软吹过程氩气流量稳定，钢液蠕动并无裸露；

所述连铸工艺中，采用保护浇铸，采用低铝保护渣，二冷段采用弱冷配水，全程恒拉速操作，拉速0.50m/min，开启铸机电磁搅拌和轻压下，并设置二冷水电磁搅拌轻压下参数和各拉矫机压下量，保证铸坯质量；其中二冷水电磁搅拌轻压下参数选取压下区间的位置为中心固相率fsc＝0.3～0.8的范围，对应距弯月面距离为13.62～18.85m，所述各拉矫机压下量设置为：第1架拉矫机为1.74mm，第2架拉矫机为2.77mm，第3架拉矫机为2.12mm，总压下量为6.63mm；

其中所述铸坯的化学成分按质量百分比包括：C 0.65～0.75；Si 0.35～0.55；Mn0.90～0.95；P≤0.025；S≤0.025，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述铸坯的化学成分按质量百分比包括：C 0.69～0.72；Si 0.35～0.46；Mn 0.91～0.92；P≤0.019；S≤0.007，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明另一方面提供一种低成本高质量高速钢轨，其由上述的冶炼方法生产的铸坯经轧制获得。

上述低成本高质量高速钢轨的力学性能满足：屈服强度≥478MPa、抗拉强度≥934MPa、伸长率A≥13％，布氏硬度≥273HB。

上述低成本高质量高速钢轨的力学性能满足：屈服强度≥505MPa、抗拉强度≥949MPa、伸长率A≥14％，布氏硬度≥274HB。

基于以上技术方案提供的低成本高质量高速钢轨钢的冶炼方法通过控制铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气和连铸工艺参数，可以使得本发明在较低的Mn含量(0.90～0.95％)的基础上生产获得具有良好的综合力学性能(包括抗拉强度、踏面硬度和延伸率等)的高速钢轨，甚至优于传统U71Mn钢轨，并由此显著降低了高速钢轨的生产成本。本发明提供的低成本高质量高速钢轨中Mn含量由传统U71Mn钢轨的1.1％降低到0.95％，生产原料成本可降低37.5元/吨，具有良好的经济效益，因此适合于大规模生产，具有良好的推广价值。

附图说明

图1为对二冷水电磁搅拌轻压下参数进行校核的窗口页面和结果。

图2为模拟计算的各拉矫机压下量与实际生产中测量的各拉矫机压下量的对比结果。

图3为实施例1生产的低成本高质量高速钢轨连铸坯的酸洗检验结果照片。

具体实施方式

本发明旨在提供一种低成本高质量高速钢轨的冶炼方法，并由此提供一种低成本高质量高速钢轨。

本发明提供的低成本高质量高速钢轨钢的冶炼方法包括以下工艺：铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→连铸；其中：

所述连铸工艺中，采用保护浇铸，采用低铝保护渣，二冷段采用弱冷配水，全程恒拉速操作，拉速0.50m/min，开启铸机电磁搅拌和轻压下，并设置二冷水电磁搅拌轻压下参数和各拉矫机压下量，保证铸坯质量；其中如图1所示，为以连铸机关键工艺参数为基础，联合北科大以新钢种成分(按质量百分比包括：C 0.65～0.75；Si 0.35～0.55；Mn 0.90～0.95；P≤0.025；S≤0.025，余量为Fe和不可避免的杂质)和现有工艺制度为输入条件，对二冷水电磁搅拌轻压下参数进行校核的结果，根据该结果选取压下区间的位置为中心固相率fsc＝0.3～0.8的范围，对应距弯月面距离为13.62～18.85m，由此计算的各拉矫机压下量如下表1所示。

表1：各拉矫机压下量，mm

对上表1模拟计算的各拉矫机压下量与实际生产中测量的各拉矫机压下量进行对比，结果如图2和下表2所示。可见模拟计算的压下量结果与实际测量结果偏差为4.91％＜5％，认为当前的控制模型能够适应新钢种的生产。另外还模拟计算了二冷温度场，如下表3所示，可见铸坯温度波动均较小，铸坯表面温度分布均匀，铸坯回温低，温度梯度小，铸坯应力小，能保证铸坯表面温度更加均匀。可以根据该模拟的二冷温度场结果进行工业生产，获得质量良好的铸坯。铸坯经低倍酸洗检验无中心缩孔缺陷，中心偏析0.5级，中心疏松缺陷0.5级，无边裂角裂及中心裂纹、中间裂纹。

表2：各拉矫机压下量计算结果与实际测量结果对比，mm

表3：二冷温度场数据

基于以上冶炼方法生产的铸坯再经过轨梁厂万能轧机即可获得本发明提供的低成本高质量高速钢轨，其中所述轧制的方法可以按照现行生产重轨钢的轧制方法。

基于上述冶炼方法，本发明可提供一种具有良好综合力学性能的低成本高质量高速钢轨，其按照质量百分比可包括以下化学成分：C 0.65～0.75；Si 0.35～0.55；Mn 0.90～0.95；P≤0.025；S≤0.025，其余为Fe和不可避免的杂质；可选包括以下化学成分：C 0.69～0.72；Si 0.35～0.46；Mn 0.91～0.92；P≤0.019；S≤0.007，其余为Fe和不可避免的杂质。

在一些实施例中，本发明提供的低成本高质量高速钢轨的力学性能满足：屈服强度≥478MPa、抗拉强度≥934MPa、伸长率A≥13％，布氏硬度≥273HB；优选满足：屈服强度≥505MPa、抗拉强度≥949MPa、伸长率A≥14％，布氏硬度≥274HB。

以下通过具体实施例详细说明本发明的内容，实施例旨在有助于理解本发明，而不在于限制本发明的内容。

实施例1

依次按照以下工序：铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—VD真空脱气—连铸，生产获得钢轨的连铸坯，该连铸坯的化学成分及含量如下表4所示；随后经以下重轨钢轧制工序生产获得钢轨：连铸坯加热—高压水除鳞—万能轧机轧制—冷床冷却预弯—矫直—探伤—加工—检查入库；其中：

铁水预处理工艺中，控制铁水中的硫含量0.011％，磷含量0.10％；

转炉冶炼工艺中，控制出钢C含量0.1％，出钢温度1640℃，出钢后加入白灰、硅钙钡和萤石，进行脱氧和对炉渣改质，出钢过程中保证吹氩效果，钢水精炼就位时顶渣没有结坨现象；

LF精炼工艺中，LF精炼时控制炉渣碱度≥2.1，离位温度1588℃；

VD真空脱气工艺中，深真空脱气时间15min，真空脱气后软吹18min，软吹过程氩气流量稳定，钢液蠕动并无裸露；

连铸工艺中，采用保护浇铸，采用低铝保护渣，二冷段采用弱冷配水，全程恒拉速操作，拉速0.50m/min，开启铸机电磁搅拌和轻压下，并设置二冷水电磁搅拌轻压下参数和各拉矫机压下量，保证连铸坯质量；其中二冷水电磁搅拌轻压下参数选取压下区间的位置为中心固相率fsc＝0.3～0.8的范围，对应距弯月面距离为13.62～18.85m，所述各拉矫机压下量设置为：第1架拉矫机为1.74mm，第2架拉矫机为2.77mm，第3架拉矫机为2.12mm，总压下量为6.63mm。对获得的连铸坯进行硫印检验和酸洗检验，其结果分别如下表5和图3所示，可见连铸坯经低倍酸洗检验无中心缩孔缺陷，中心偏析0.5级，中心疏松缺陷0.5级，无边裂角裂及中心裂纹、中间裂纹，连铸坯质量良好。连铸坯经过重轨钢轧制工艺轧制后，得到钢轨。对轧制获得的钢轨进行力学性能检测，结果如下表6所示。

实施例2-3

实施例2-3按照实施例1的操作进行，不同之处在于：1)实施例2-3的连铸坯的化学成分含量与实施例1不同。

对比例1

对比例1按照现行的U71Mn钢轨的冶炼和重轨钢轧制方法进行，包括以下工序：铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—VD真空脱气—连铸—连铸坯加热—高压水除鳞—万能轧机轧制—冷床冷却预弯—矫直—探伤—加工—检查入库；其中：

转炉冶炼工艺中，控制出钢C含量0.1％，出钢温度1640℃，出钢后加入白灰、硅钙钡和萤石，进行脱氧和对炉渣改质；

LF精炼工艺中，LF精炼时控制炉渣碱度≥2.1，离位温度1585℃；

VD真空脱气工艺中，深真空脱气时间15min，真空脱气后软吹15min，软吹过程氩气流量稳定，钢液蠕动并无裸露；

连铸工艺中，采用保护浇铸，采用低铝保护渣，二冷段采用弱冷配水，全程恒拉速操作，拉速0.50m/min，开启铸机电磁搅拌和轻压下，并设置二冷水电磁搅拌轻压下参数和各拉矫机压下量，保证连铸坯质量；其中二冷水电磁搅拌轻压下参数选取压下区间的位置为中心固相率fsc＝0.3～0.8的范围，对应距弯月面距离为13.62～18.85m，所述各拉矫机压下量设置为：第1架拉矫机为2.23mm，第2架拉矫机为3.05mm，第3架拉矫机为2.32mm，总压下量为7.60mm。连铸坯经过重轨钢轧制工艺轧制后，得到钢轨。对轧制获得的钢轨进行力学性能检测，结果如下表6所示。

表4：各实施例和对比例的化学成分及含量(％)

表5：实施例1生产的钢轨连铸坯的硫印评级结果(/级)

表6：各实施例和对比例生产的钢轨的力学性能

由以上表6所示的实施例1-3，本发明提供的高速钢轨兼具有良好强度、硬度力学性能，且具有良好的韧性，相较于对比例1得到的钢轨的延伸率提高3％以上，且各方面的性能也优于传统的U71Mn钢轨，且由于实施例1-3的钢中降低了Mn的含量，可以显著降低钢轨的生产成本。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种低成本高质量高速钢轨钢的冶炼方法，其包括以下工艺：铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→连铸；其中：

所述铁水预处理工艺中，控制铁水中的硫含量0.011%，磷含量0.10%；

所述转炉冶炼工艺中，控制出钢C含量0.1%，出钢温度1640℃，出钢后加入白灰、硅钙钡和萤石，进行脱氧和对炉渣改质，出钢过程中保证吹氩效果，钢水精炼就位时顶渣没有结坨现象；

所述连铸工艺中，采用保护浇铸，采用低铝保护渣，二冷段采用弱冷配水，全程恒拉速操作，拉速0.50 m/min，开启铸机电磁搅拌和轻压下，并设置二冷水电磁搅拌轻压下参数和各拉矫机压下量，保证铸坯质量；其中二冷水电磁搅拌轻压下参数选取压下区间的位置为中心固相率fsc=0.3~0.8的范围，对应距弯月面距离为13.62~18.85m，所述各拉矫机压下量设置为：第1架拉矫机为1.74 mm，第2架拉矫机为2.77 mm，第3架拉矫机为2.12 mm，总压下量为6.63 mm；

其中所述铸坯的化学成分按质量百分比包括：C 0.65～0.75%；Si 0.35～0.55%；Mn0.90～0.95%；P≤0.025%；S≤0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质；

所述低成本高质量高速钢轨的力学性能满足：屈服强度≥478 MPa、抗拉强度≥934MPa、伸长率A≥13%，布氏硬度≥273 HB。

2.根据权利要求1所述的冶炼方法，其中所述铸坯的化学成分按质量百分比包括：C0.69～0.72%；Si 0.35～0.46%；Mn 0.91～0.92%；P≤0.019%；S≤0.007%，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.一种低成本高质量高速钢轨，其由权利要求1或2所述的冶炼方法生产的铸坯经轧制获得。

4.根据权利要求3所述的低成本高质量高速钢轨，其力学性能满足：屈服强度≥505MPa、抗拉强度≥949 MPa、伸长率A≥14%，布氏硬度≥274 HB。