一种能改善贝氏体钢轨用坯质量的冶炼方法与流程

本发明涉及一种刚中的冶炼方法，具体涉及到钢轨用坯冶炼方法。

背景技术：

随着铁路行车速度、牵引重量、运营密度以及年通过总重的不断增加，加剧了钢轨的磨耗和滚动接触疲劳、压溃等伤损的产生。道岔由于受到车轮冲击力大，且轮轨接触面小，接触应力大，其磨损更为严重。我国在钢轨使用意见中明确要求在曲线半径≤1500m的路段采用热处理钢轨，道岔必须选用热处理钢轨或贝氏体钢轨加工，以改善钢轨耐磨和抗疲劳性能，提高其使用寿命。

从目前所使用的贝氏体钢轨用钢，虽然各项力学性能指标表现出优于普通钢轨，但仍存在断轨、剥离掉块等现象，且伤损状况还较突出，不能满足我国铁路行业的发展需求，势必严重制约铁路的高速发展。

经检索，中国专利公开号为cn105385938a的文献，公开了《一种贝氏体钢轨合金体系及其贝氏体钢轨的热处理方法以及贝氏体钢轨》。其合金体系的成分以质量百分比计如下：c：0.22～0.27；si：1.65～1.85；mn：1.60～1.80；cr：1.30～1.90；mo：0.25～0.85；ni：0.25～0.95；v：0.040～0.060或nb：0.020～0.040、p：≤0.015、s：≤0.015；余量为fe和不可避免的杂质元素；其中对杂质元素进行严格控制：(1)气体含量：钢水[h]≤2.0ppm，铸坯[h]≤1.5ppm，[o]≤25ppm，[n]≤70ppm；(2)残余元素：al≤0.006％，cu≤0.15％，sn≤0.010％，sb≤0.010％。该文献的热处理方法的生产特点是，有效控制奥氏体组织的细化，及元素和微观组织的偏析和不均现象，以利于冷却相变后获得细小的均匀的下贝氏体组织，保证有效控制钢轨完全发生下贝氏体组织的相变，从而获得高性能的贝氏体钢轨。经分析，该文献存在的不足：一是钢坯中心偏析严重，需要长时间正火来消除，二是添加合金过多引起的夹杂物易超标问题。

技术实现要素：

本发明在于克服现有技术存在的铸坯存在严重偏析、缩孔及疏松的不足，导致铸坯质量缺陷，进而产生断轨、剥离掉块等现象，提供一种能显著降低铸坯偏析，及由此引起的断轨、剥离掉块等现象，改判率降低至少5%，并能缩短热处理工艺周期的能改善贝氏体钢轨用坯质量的冶炼方法。

实现上述目的的措施：

一种能改善贝氏体钢轨用坯质量的冶炼方法，其步骤：

1）转炉常规冶炼；

2）出钢，其间，控制中包温度在液相线以上10～15℃，并采用液芯压下及电磁搅拌；中包采用挡渣并满包操作；水口为四孔结构的；水口插入深度在180.2~197.5mm；

3）、连铸成坯并冷却，其间：控制拉坯速度在0.3～0.5m/min，结晶器水流量在2600～2800l/min；二冷段冷却水流量设定：一区水流量在16.4～24.8l/min，二区水流量在10.3～16.2l/min，三区水流量在14.1～16.8l/min，四区水流量在4.3～6.2l/min，五区水流量在2.5～3.5l/min；并控制凝固末端距结晶器液面在18.50~19.57m；结晶器保护渣厚度控制在4.1~4.7mm。

优选地：液芯压下率控制在3.2-3.8%。

进一步地：所述结晶器保护渣的原料组成及重量百分比含为：sio2：31.71～34.79%、al2o3：3.82～4.11%、cao：22.95～24.87%、f：3.74～3.97%、mgo：3.52～3.74%、na2o：9.16～10.54%，其余为c；渣的碱度在0.70~0.75，粘度在0.402～0.425pa•s。

优选地：水口插入深度在183~192mm。

优选地：步骤3）所述凝固末端距结晶器液面在18.80~19.35m；结晶器保护渣厚度控制在4.3~4.6mm。

优选地：步骤3）所述结晶器水流量在2655～2790l/min。

本发明中主要工序的作用及机理：

本发明之所以在出钢时，其所采用的水口砖结构为四孔式的，在于减小钢液对结晶器角部的冲击，减少卷渣，同时增加沿结晶器壁上回流的钢液，从而加大保护渣与钢液的接触，充分发挥保护渣吸附夹杂的能力。

本发明之所以在铸坯的冷却中，对结晶器及各区段的冷却水量控制，结晶器水流量在2600.5～2800.5l/min；二冷段冷却水流量设定：一区水流量在16.4～24.8l/min，二区水流量在10.3～16.2l/min，三区水流量在14.1～16.8l/min，四区水流量在4.3～6.2l/min，五区水流量在2.5～3.5l/min；并控制凝固末端距结晶器液面在18.50~19.57m；结晶器保护渣厚度控制在4.11~4.67mm。在于减少柱状晶发展，使得在凝固过程中形成的缩孔得到钢液的补充，从而降低铸坯的中心疏松。

本发明之所以采用原料组成及重量百分比含为：sio2：31.71～34.79%、al2o3：3.82～4.11%、cao：22.95～24.87%、f：3.74～3.97%、mgo：3.52～3.74%、na2o：9.16～10.54%，其余为c；渣的碱度在0.70~0.75，粘度在0.402～0.425pa•s的结晶器保护渣，在于保证保护渣的碱度、粘度、熔点以及熔化速度，使得保护渣有在有最大捕获钢水中上浮夹杂物的能力同时，具有好的传热和润滑效果。

本发明与现有技术相比，能显著降低铸坯偏析，及由此引起的断轨、剥离掉块等现象，改判率降低至少5%，并取消正火及淬火工艺，从而使热处理工艺周期大幅缩短。

附图说明

图1为本发明钢坯低倍组织形貌图；

图2为本发明之前的钢坯低倍组织形貌图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

实施例1

一种能改善贝氏体钢轨用坯质量的冶炼方法，其步骤：

1）转炉常规冶炼；

2）出钢，其间，控制中包温度在液相线以上11℃，并采用液芯压下及电磁搅拌液芯压下率在3.2%；中包采用挡渣并满包操作；水口为四孔结构的；水口插入深度在183.5mm；

3）、连铸成坯并冷却，其间：拉坯速度在0.32m/min，结晶器水流量在2623.5l/min；二冷段冷却水流量设定：一区水流量在19.4l/min，二区水流量在13.3l/min，三区水流量在14.1l/min，四区水流量在5.0l/min，五区水流量在2.6l/min；凝固末端距结晶器液面在19.15m；结晶器保护渣厚度在4.1mm。

所述结晶器保护渣的原料组成及重量百分比含为：sio2：31.7%、al2o3：3.90%、cao：22.95%、f：3.75%、mgo：3.55%、na2o：9.23%，其余为c；渣的碱度在0.71，粘度在0.406pa•s。

经检测，未发现有铸坯偏析、断轨、剥离掉块等现象，改判率降低为5.1%，无需进行正火及淬火。

实施例2

一种能改善贝氏体钢轨用坯质量的冶炼方法，其步骤：

1）转炉常规冶炼；

2）出钢，其间，控制中包温度在液相线以上12℃，并采用液芯压下及电磁搅拌液芯压下率在3.7%；中包采用挡渣并满包操作；水口为四孔结构的；水口插入深度在192mm；

3）、连铸成坯并冷却，其间：拉坯速度在0.35m/min，结晶器水流量在2723.5l/min；二冷段冷却水流量设定：一区水流量在19.8l/min，二区水流量在13.3l/min，三区水流量在15.2l/min，四区水流量在5.2l/min，五区水流量在2.9l/min；凝固末端距结晶器液面在18.51m；结晶器保护渣厚度在4.3mm。

所述结晶器保护渣的原料组成及重量百分比含为：sio2：32.6%、al2o3：3.97%、cao：23.19%、f：3.84%、mgo：3.62%、na2o：9.78%，其余为c；渣的碱度在0.72，粘度在0.415pa•s。

经检测，未发现有铸坯偏析、断轨、剥离掉块等现象，改判率降低为6.2%，无需进行正火及淬火。

实施例3

一种能改善贝氏体钢轨用坯质量的冶炼方法，其步骤：

1）转炉常规冶炼；

2）出钢，其间，控制中包温度在液相线以上14℃，并采用液芯压下及电磁搅拌液芯压下率在3.3%；中包采用挡渣并满包操作；水口为四孔结构的；水口插入深度在187mm；

3）、连铸成坯并冷却，其间：拉坯速度在0.32m/min，结晶器水流量在2657.2l/min；二冷段冷却水流量设定：一区水流量在18.7l/min，二区水流量在11.6l/min，三区水流量在15.6l/min，四区水流量在5.8l/min，五区水流量在2.9l/min；凝固末端距结晶器液面在18.6m；结晶器保护渣厚度在4.4mm。

所述结晶器保护渣的原料组成及重量百分比含为：sio2：33.3%、al2o3：3.96%、cao：23.75%、f：3.81%、mgo：3.69%、na2o：10.1%，其余为c；渣的碱度在0.73，粘度在0.413pa•s。

经检测，未发现有铸坯偏析、断轨、剥离掉块等现象，改判率降低为5.5%，无需进行正火及淬火。

实施例4

一种能改善贝氏体钢轨用坯质量的冶炼方法，其步骤：

1）转炉常规冶炼；

2）出钢，其间，控制中包温度在液相线以上13℃，并采用液芯压下及电磁搅拌液芯压下率在3.4%；中包采用挡渣并满包操作；水口为四孔结构的；水口插入深度在185.5mm；

3）、连铸成坯并冷却，其间：拉坯速度在0.42m/min，结晶器水流量在2750.0l/min；二冷段冷却水流量设定：一区水流量在16.8l/min，二区水流量在15.1l/min，三区水流量在14.7l/min，四区水流量在5.3l/min，五区水流量在2.9l/min；凝固末端距结晶器液面在18.93m；结晶器保护渣厚度在4.5mm。

所述结晶器保护渣的原料组成及重量百分比含为：sio2：32.3%、al2o3：3.99%、cao：24.34%、f：3.79%、mgo：3.63%、na2o：9.7%，其余为c；渣的碱度在0.75，粘度在0.406pa•s。

经检测，未发现有铸坯偏析、断轨、剥离掉块等现象，改判率降低为6.9%，无需进行正火及淬火。

实施例5

一种能改善贝氏体钢轨用坯质量的冶炼方法，其步骤：

1）转炉常规冶炼；

2）出钢，其间，控制中包温度在液相线以上15℃，并采用液芯压下及电磁搅拌液芯压下率在3.2%；中包采用挡渣并满包操作；水口为四孔结构的；水口插入深度在195.7mm；

3）、连铸成坯并冷却，其间：拉坯速度在0.30m/min，结晶器水流量在2793.5l/min；二冷段冷却水流量设定：一区水流量在16.4l/min，二区水流量在10.9l/min，三区水流量在15.2l/min，四区水流量在5.7l/min，五区水流量在2.9l/min；凝固末端距结晶器液面在18.86m；结晶器保护渣厚度在4.52mm。

所述结晶器保护渣的原料组成及重量百分比含为：sio2：31.84%、al2o3：3.93%、cao：23.55%、f：3.95%、mgo：3.72%、na2o：10.46%，其余为c；渣的碱度在0.74，粘度在0.414pa•s。

经检测，未发现有铸坯偏析、断轨、剥离掉块等现象，改判率降低为6.7%，无需进行正火及淬火。

实施例6

一种能改善贝氏体钢轨用坯质量的冶炼方法，其步骤：

1）转炉常规冶炼；

2）出钢，其间，控制中包温度在液相线以上14.5℃，并采用液芯压下及电磁搅拌液芯压下率在3.6%；中包采用挡渣并满包操作；水口为四孔结构的；水口插入深度在180.7mm；

3）、连铸成坯并冷却，其间：拉坯速度在0.33m/min，结晶器水流量在2673.6l/min；二冷段冷却水流量设定：一区水流量在21.5l/min，二区水流量在15.6l/min，三区水流量在16.2l/min，四区水流量在5.3l/min，五区水流量在2.8l/min；凝固末端距结晶器液面在18.9m；结晶器保护渣厚度在4.5mm。

所述结晶器保护渣的原料组成及重量百分比含为：sio2：34.21%、al2o3：3.98%、cao：24.79%、f：3.74%、mgo：3.51%、na2o：9.8%，其余为c；渣的碱度在0.72，粘度在0.409pa•s。

经检测，未发现有铸坯偏析、断轨、剥离掉块等现象，改判率降低为6.5%，无需进行正火及淬火。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。