专利名称：一种低氧车轴用钢的冶炼方法
技术领域：
本发明涉及ー种低氧车轴用钢的冶炼方法，主要是车轴用钢生产过程中氧含量的控制方法。
背景技术：
车轴是铁路列车重要的承重构件之一，其质量可靠性直接关系到铁道列车的高速行车安全。高速动车车轴对钢质纯净度及抗疲劳性能要求非常高。目前，我国高速动车车轴全部采用国外进ロ产品，国内在此领域尚属空白。氧作为ー种有害元素在钢中应严加控制。研究表明，钢中的氧及非金属氧化物会降低钢材的疲劳强度和冲击韧性，同时也是疲劳失效裂纹的发源地。因此，应尽量降低钢中的氧含量及非金属氧化物，特别是对安全有很高要求的列车关键构件，其氧含量及夹杂物 级别尤其应严加控制，如时速在200公里以上的高速动车车轴，要求钢中
彡20X10_6，A类、B类、C类、D类夹杂物均不大于I. 0级。现有车轴用钢的低氧冶炼方法生产的车轴钢质量波动大，氧含量及夹杂物控制水平难以稳定达到国外同类产品的水平。
发明内容
为了克服现有低氧车轴用钢的冶炼方法的上述不足，本发明提供一种车轴用钢的低氧冶炼方法，本发明可将钢中的氧含量降低到不高于15X10'本发明的钢种高速动车车轴用钢，其成分的质量百分比与氧含量的要求如下
C 0. 20 0. 30% ； Si 0. 15 0. 40% ； Mn 0. 50 0. 80% ； P 彡 0. 020% ；
S^O. 015% ； Cr 0. 90 I. 20% ； Mo 0. 20 0. 30% ； V^O. 06% ；
Al く 0. 045% ；
く 20X 10' 其余为Fe与不可避免的杂质。通过出钢时沉淀脱氧、精炼阶段控制渣系及扩散脱氧、真空处理脱氧、注钢保护浇注措施，可以将钢中的氧稳定控制在不高于15X Kr6的水平。本低氧车轴用钢的冶炼方法包括下述依次的步骤
I电炉冶炼
(I)电炉装料先将优质的废钢加入电炉，废钢中(重量)P ^ 0. 025%,S ^ 0. 030%，废钢表面干燥、无油污、无杂质，外形尺寸< 800mmX500mm。再将预处理后铁水倒入电炉,入炉预处理铁水中(重量)P彡0. 070%, S彡0. 050%，铁水温度为1250°C 1500°C，铁水的重量比例彡60%o(2)然后电炉吹氧10± I分钟后，加入石灰、萤石造渣材料，电炉中的废钢及造渣料得到熔化。(3)继续吹氧，钢中的C、Si、P、S元素得到氧化。当钢液中C :0. 08 0. 12%、P彡0. 010%、S彡0. 020%、Si彡0. 20%且钢液温度为1640 1680°C时电炉偏底心出钢。(4)出钢前在烘烧大于2小时的钢包中加入(计算好的)脱氧剂、铁合金及造渣剂。脱氧剂为Si-Al-Ba、Al丸，进行沉淀脱氧；铁合金为钥铁、中碳铬铁、硅锰铁；造渣剂为CaO及合成渣。使其在钢包内初步完成钢水合金化。(5)将钢包移至电炉出钢口，倾斜电炉将钢水倒入钢包。出钢时要求留钢留渣操作，严禁出钢过程中流入氧化渣到钢包中。2钢包炉精炼
(I)钢包精炼前喂入Al线，进行在线脱氧处理。(2)钢包进入LF工位，底吹Ar气，加入石灰和萤石，送电升温8±2分钟，(熔化钢包内的合金料及渣料)当温度在1550±10°C时，加入电石。(3)然后再送电升温10±2分钟，在温度达到1640±10°C时，加入合金微调整成分。再送电10±2分钟，升温熔化合金。(4)成分达到钢种要求后，在钢包内造还原性白渣，加入石灰。使渣中E (FeO) (0. 5%，调整精炼渣的碱度达到R (Ca0/Si02) =3. 0 7. 0，Al2O3含量在20 40%，SiO2 ( 15% ；
(5)在白渣状态下加入Al粉和合成渣进行扩散脱氧，继续送电。精炼过程全程底软Ar气，Ar气压力0. 2-0. 5MPa，保证脱氧反应动力学条件且使反应产物A1203、SiO2可以充分上浮并在渣金界面吸收。(6)白渣状态下保持时间不小于15分钟，钢包出LF站，出站温度1660±5°C。3 VD真空精炼
(1)钢包进VD工位；
(2)高真空度下(压强彡67pa)保持时间不少于15分钟，并底吹Ar气，在真空条件下进一步脱除钢中的氧，使
( 15X10'(3) VD处理后，(破真空后)根据钢中铝含量喂适当Al线，按成分的中上限(即铝0. 025% 0. 040%)控制Al含量;快速(3 4m/s)喂入Si-Ca线(0. 3 I. Okg/t)进行钢水钙处理，使钢中夹杂物得到球化。(4)加入优质覆盖剂(含CaO的渣剂，加在钢包表面用于防止温降过快及防止钢水与空与直接接触)。(5)底吹Ar气进行软搅拌，搅拌时间不少于15分钟，控制吹氩强度，保持钢水不裸露、液面上下蠕动状态，促进夹杂物的上浮，并在渣金反应界面得到吸收。(6)出站温度 1565±5°C。注钢
注钢过程采用全程Ar封浇注。防止钢水的二次氧化。上述的低氧车轴用钢的冶炼方法(下述的步骤标注序号与上述的步骤标注序号一致)，其步骤特征为
I电炉冶炼
(2 )加入石灰、萤石造渣材料的量为，每吨钢水加石灰8 土 lkg/t，萤石4. 5 土 lkg/t。(4)钢包中加入的脱氧剂、铁合金及造渣剂的量为每吨钢水Si-Al-Ba :
3.5±0. 2kg,Al 丸:2±0. 5kg、钥铁3. 3±0. 3kg、中碳铬铁:15±0. 15kg、硅锰铁:10±lkg、CaO :5±lkg、合成渣(CaO 和 Al2O3 的混合物，CaO 40±4%，A1203 40 ±4%，其它为 SiOjPMgO杂质):5±0. 5kg。钢包炉精炼(1)Al线喂入量为每吨钢水I.25±0. 3kg ；
(2)Ar压カ为0. 2-0. 5MPa,姆吨钢水加入量为石灰5±0. 5kg,萤石3. 5±0. 5kg ;姆吨钢水电石加入量为I. 3±0. 2kg/t。(3)加入量为每吨钢水加石灰5±0. 2kg。3 VD真空精炼
(2)每吨钢水吹氩0. 05±0. 01m3 ；
(5)每吨钢水 Ar 量为 0. 009±0. OOlm30本车轴用钢的低氧冶炼方法可以使钢中
< 15X 10_6，B类非金属夹杂物级别达到0. 5级以下，钢质纯净，提高了高速动车车轴的综合性能。该钢质能达到高速铁路客车时速大于200公里空心车轴用钢的质量要求。
具体实施例方式下面结合实施例详细说明本发明的具体实施方式
，但本发明的具体实施方式
不局限于下述的实施例。
实施例本实施例生产的是高速动车车轴用钢，其成分的质量百分比与氧含量的要求如下
C 0. 20 0. 30% ； Si 0. 15 0. 40% ； Mn 0. 50 0. 80% ； P 彡 0. 020% ；
S^O. 015% ； Cr 0. 90 I. 20% ； Mo 0. 20 0. 30% ； V^O. 06% ；
Al く 0. 050% ；
く 20X 10' 其余为Fe与不可避免的杂质。本实施例为下述依次的步骤
I电炉冶炼
(I)电炉装料先将优质废钢6吨加入电炉，废钢中(重量)P ( 0. 025%、S ( 0. 030%，废钢表面干燥、无油污、无杂质，外形尺寸< 800mmX500mm。再将预处理后铁水54吨倒入电炉，入炉预处理铁水中(重量)P 0. 060%, S 0. 040%,铁水温度为1260°C。(2)电炉吹氧，吹氧9分钟，加入萤石300kg与石灰500kg，电炉中的废钢及造渣料得到熔化，熔清时钢液温度1640°C，熔清化学成分C=0. 89%，Si=O. 01%, Mn=O. 08%,P=O. 009%,S=O. 025%, Cr=O. 08%, Cu=O. 01%。(3)继续吹氧，钢中的C、Si、P、S元素得到氧化。冶炼末期，控制终点钢水温度和C含量。偏心底电炉出钢倒入钢包时，钢水温度为1680°C，化学成分C=0. 08%, Si=O. 006%,Mn=O. 055%, P=O. 005%, S=O. 0177%, Cr=O. 02%, Cu=O. 01%。(4)出钢前在烘烤3小时的钢包中加入300kg石灰、200kg萤石、200kgSi_Al_Ba、550kg硅锰合金、190kg钥铁、850kg中碳铬铁、115kg铝丸合金，合成渣300kg，初步完成钢包内的成分合金化及沉淀脱氧。(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。出钢结束，称量钢包内钢水量57吨。钢包炉精炼
(I)进LFエ位前在线于钢包内每秒4米喂Al线63kg (直径为(M3mm，Al线180米)，进行在线Al脱氧处理。进LF工位，喂Al线后测得钢水温度1541°C。(2)送电，化渣钢包进入LF工位，底吹Ar气，Ar压力为0. 2-0. 5MPa。加入石灰300kg、萤石200kg (加入萤石的目的是为了便于渣的熔化)。送 电升温，加电8分钟，测得温度为1555°C，加入电石75kg。(3)成分微调继续送电升温10分钟，测得温度1645°C，加入Mn-C合金80kg、高碳 Cr 铁 150kg、Fe-Si 合金 70kg、Mn-Si 合金 50kg、C 粉 54kg、Mo 铁 40kg、V 铁 30kg。再送电12分钟，升温熔化合金。(4)成分入限后，调整渣系，加入石灰300kg造白渣。(5)深脱氧在白渣状态下，加入Al粉60kg，合成渣200kg，并继续底吹Ar气，使脱氧反应在渣金界面进行扩散脱氧。
(6)白渣状态下保持20分钟时间，LF出站，测得钢水温度1660°C。(7)精炼终渣成分E (FeO) = 0. 32%, R (Ca0/Si02) = 5. 4，SiO2 = 6. 7%, Al2O3 =27. 8%。VD真空精炼
(I)钢包进VD工位，测得温度1657°C。(2)抽真空，高真空度下(真空度为60pa)，保持时间25分钟，并全程底吹Ar气，每吨钢水0. 06m3,在真空条件下进一步脱除钢中的氧。(3)破空后，钢水温度1586°C，喂入Si-Ca线，以4m/s速度喂入150米(52kg)，Al线以4m/s速度喂入100米(35kg)。(4)加入优质覆盖剂30kg。(含CaO的渣剂，加在钢包表面用于防止温降过快及防止钢水与空与直接接触)
(5)降低吹Ar强度，底吹Ar气软搅拌时间16分钟，每吨钢水Ar气0. 009m3,保持钢水不裸露，钢液呈上下螺动状态。(6)出站测得温度为1556°C。注钢
模注浇钢，采用Ar封技术,避免钢水二次氧化,采用8. 4吨的专用车轴钢钢锭浇注。5分析检验
通过全氧分析，钢中
含量为12X10_6;
夹杂物级别检验结果如表I 表I 夹杂物级别(级)
ABcI>m
…—m——鋪..........................糧——_——.糖—细—粗——缩—
......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 0.5
(I O 0 0 (I 0-5 <1 本申请文件所述的低氧车轴用钢是
( 15X10—6的车轴用钢。
权利要求
1. ー种低氧车轴用钢的冶炼方法，它包括下述依次的步骤 I电炉冶炼 (1)电炉装料先将优质的废钢加入电炉，废钢中P彡0.025%,S彡0. 030%，废钢表面干燥、无油污、无杂质，外形尺寸< 800mmX500mm ;再将预处理后铁水倒入电炉，入炉预处理铁水中P彡0. 070%, S彡0. 050%，铁水温度为1250°C 1500°C，铁水的重量比例彡60% ； (2)然后电炉吹氧10±1分钟后，加入石灰、萤石造渣材料，电炉中的废钢及造渣料得到熔化； (3)继续吹氧，钢中的C、Si、P、S元素得到氧化；当钢液中C:0. 08 0. 12%、P彡0. 010%、S彡0. 020%、Si ( 0. 20%且钢液温度为1640 1680°C时电炉偏底心出钢； (4)出钢前在烘烧大于2小时的钢包中加入脱氧剂、铁合金及造渣剂；脱氧剂为Si-Al-Ba, Al丸，进行沉淀脱氧；铁合金为钥铁、中碳铬铁、硅锰铁；造渣剂为CaO及合成渣使其在钢包内初步完成钢水合金化； (5)将钢包移至电炉出钢ロ，倾斜电炉将钢水倒入钢包；出钢时要求留钢留渣操作，严禁出钢过程中流入氧化渣到钢包中； II钢包炉精炼 (1)钢包精炼前喂入Al线，进行在线脱氧处理； (2)钢包进入LFエ位，底吹Ar气，加入石灰和萤石，送电升温8±2分钟，(熔化钢包内的合金料及渣料)当温度在1550±10°C时，加入电石； (3)然后再送电升温10±2分钟，在温度达到1640±10°C时，加入合金微调整成分；再送电10±2分钟，升温熔化合金； (4)成分达到钢种要求后，在钢包内造还原性白渣，加入石灰；使渣中E(FeOX 0. 5%，调整精炼渣的碱度达到R=3. 0 7. 0，Al2O3含量在20 40%, SiO2彡15% ； (5)在白渣状态下加入Al粉和合成渣进行扩散脱氧，继续送电；精炼过程全程底软Ar气，Ar气压カ0. 2-0. 5MPa，保证脱氧反应动力学条件且使反应产物A1203、SiO2可以充分上浮并在渣金界面吸收； (6)白渣状态下保持时间不小于15分钟，钢包出LF站，出站温度1660±5°C； III VD真空精炼 (1)钢包进VDエ位； (2)高真空度下(压强彡67pa)保持时间不少于15分钟，井底吹Ar气，在真空条件下进ー步脱除钢中的氧，使
^ 15X1(T6 ； (3)VD处理后，破真空后根据钢中铝含量喂Al线，按成分的中上限(铝0. 025% .0.040%)控制Al含量；喂入Si-Ca线进行钢水钙处理，使钢中夹杂物得到球化； (4)加入优质覆盖剂即含CaO的渣剂，加在钢包表面用于防止温降过快及防止钢水与空与直接接触； (5)底吹Ar气进行软搅拌，搅拌时间不少于15分钟，控制吹氩强度，保持钢水不裸露、液面上下蠕动状态，促进夹杂物的上浮，并在渣金反应界面得到吸收； (6)出站温度1565±5°C； IV注钢 注钢过程采用全程Ar封浇注；防止钢水的二次氧化。
2.根据权利要求I所述的低氧车轴用钢的冶炼方法，其步骤特征为 I电炉冶炼 (2)加入石灰、萤石造渣材料的量为，每吨钢水加石灰8 土 lkg/t，萤石4. 5 土 lkg/t ； (4)钢包中加入的脱氧剂、铁合金及造渣剂的量为每吨钢水Si-Al-Ba:3. 5±0. 2kg、Al 丸2±0. 5kg、钥铁3. 3±0. 3kg、中碳铬铁15±0. 15kg、硅锰铁10±lkg、CaO 5±lkg、合成渣(CaO 和 Al2O3 的混合物，CaO 40±4%，Al2O3 40±4%，其它为 SiO2 和 MgO 杂质):5±0. 5kg ； II钢包炉精炼 (1)Al线喂入量为每吨钢水I.25±0. 3kg ； (2)Ar压力为0. 2-0. 5MPa,每吨钢水加入量为石灰5±0. 5kg,萤石3. 5±0. 5kg ;每吨钢水电石加入量为I. 3±0. 2kg/1 ； (3)加入量为每吨钢水加石灰5±0.2kg ； III VD真空精炼 (2)每吨钢水吹氩0. 05±0. 01 m3 ； (5)每吨钢水Ar 量为 0. 009±0. OOlm30
全文摘要
本发明涉及一种低氧车轴用钢的冶炼方法，它包括下述依次的步骤Ⅰ电炉冶炼 将废钢与预处理铁水加入电炉，然后吹氧，加入造渣材料；继续吹氧，电炉偏底心出钢；出钢前钢包中加入脱氧剂、铁合金及造渣剂；钢水倒入钢包；Ⅱ钢包炉精炼钢包精炼前先快速喂入Al线脱氧处理；钢包进入LF工位底吹Ar气，加入电石；再送电升温；在钢包内造还原性白渣；加入Al粉和合成渣进行扩散脱氧；白渣状态下保持时间不小于15分钟后钢包出LF站；ⅢVD真空精炼钢包进VD工位；高真空度下底吹Ar气；VD处理后，喂Al线；加入覆盖剂；e底吹Ar软搅拌；出站；注钢。本低氧车轴用钢的冶炼方法可将钢中的氧含量降低到不高于15×10-6。
文档编号C21C7/10GK102776323SQ20121026657
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月30日 优先权日2012年7月30日
发明者王之香, 王玉玲, 邬中华 申请人:山西太钢不锈钢股份有限公司