一种含RE元素的高碳钢轨冶炼方法与流程

一种含re元素的高碳钢轨冶炼方法
技术领域
1.本发明涉及冶金材料领域，尤其涉及一种含re元素的高碳钢轨冶炼方法。


背景技术：

2.铁路运输日益向着大运量和高效化的方向快速发展。因此对钢轨的强度和硬度提出了更高的要求，尤其在小曲线半径或弯道多的路段，常用的热轧u75v和u71mn钢轨表现出不耐磨、易伤损等问题。为提高钢轨使用性能和延长钢轨寿命，高强度高硬度钢轨的开发成为重要课题，具有广阔的市场前景和良好的经济效益。随着重载铁路轴重的增加，对钢轨的综合性能要求也有所提高。近几年来，钢轨的使用寿命大幅度延长，钢轨的大修换轨周期具备了延长的基础。在新钢种的开发上，应向更高强度级别的钢轨方向发展，同时注重钢轨强度与韧性的配合，在提高强度的同时，提高钢轨的韧性塑性，以提高钢轨的综合使用性能。
3.稀土具有净化钢液，改善铸坯质量，提高耐磨性等作用，而且稀土是包钢特色资源，针对市场需求，开发满足重载铁路要求的钢轨，减少换轨频率，填补包钢钢轨的品种空白，提升包钢产品国际市场竞争力，具有重要意义。开发含有re的高碳钢轨，提高钢轨的强度和硬度具有非常重要意义。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种含re元素的高碳钢轨冶炼方法，冶炼具有高强度，高硬度高质量高速钢轨钢，应用于高速铁路中。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
6.本发明一种含re元素的高碳钢轨冶炼方法，包括:
7.1)铁水预处理
8.采用高炉铁水—罐内喷吹镁石灰复合脱氧剂—混铁炉—转炉，降低入转炉的铁水硫含量；
9.2)转炉冶炼
10.出钢c含量为0.16％，出钢温度为1610℃，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；
11.3)lf炉精炼
12.采用硅钙钡脱氧，lf精炼加入高碳锰铁、低铝硅铁和高碳铬铁，炉渣碱度 2-2.2，加热时间15-25min，lf精炼离位温度1500-1600℃，lf离位成分满足设计成分要求；
13.4)vd真空脱气
14.vd真空脱气降低钢水中气体含量，深真空脱气时间15-25min，真空脱气后软吹10-20min，vd开盖后加入稀土铈含量10％的铈铁合金；软吹过程氩气流量稳定，钢液蠕动并无裸露；
15.5)连铸
16.铸坯尺寸280mm
×
380mm，连铸过程采用保护浇铸，使用低铝保护渣和碱性覆盖剂，
中包液位700mm以上；钢液相线温度1451℃，过热度δt：30℃，二冷段配水采用swrh82b工艺，全程恒拉速操作，拉速0.62m/min，铸机电磁搅拌和轻压下使用正常，铸坯质量良好。
17.进一步的，所述钢轨的钢坯材料以质量百分计其化学成分包括：：c：0.91～ 1.0％；si：0.45～0.6％；mn：0.85～1.0％；p≤0.020％；s≤0.020％；cr：0.15～0.3％； nb：0.01～0.05％；ni：0.15～0.5％；ce≤0.002％，余量为fe及不可避免的杂质。
18.与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
19.目前珠光体钢轨合金含量高，成本较高，本发明提供的钢轨是以添加c-mn 元素为基础的低合金钢轨，生产成本较低具有价格优势，c含量在0.9％，同时增加了稀土元素，提高了钢的耐磨、硬度，拉伸等性能。
20.同时本专利提供稀土轨冶炼方法，在关注冶炼时含氧量的同时，关注了氢和氮的含量，研究范围更全面，根据有参考价值。
附图说明
21.下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
22.图1为高碳钢轨钢铸坯热酸照片；
23.图2为高碳钢轨钢化学成分偏析。
具体实施方式
24.一种高强度、高硬度在线热处理稀土钢轨钢坯冶炼方法，上述钢轨钢坯材料以质量百分计其化学成分包括：：c：0.91～1.0％；si：0.45～0.6％；mn：0.85～1.0％；p≤0.020％；s≤0.020％；cr：0.15～0.3％；nb：0.01～0.05％；ni：0.15～0.5％； ce≤0.002％，余量为fe及不可避免的杂质；其冶炼方法包括铁水预处理、转炉冶炼、lf炉精炼、vd真空脱气、连铸以及钢坯检验方法，具体包括如下步骤：
25.1)铁水预处理
26.采用高炉铁水—罐内喷吹镁石灰复合脱氧剂—混铁炉—转炉，目的是降低入转炉的铁水硫含量，具体入转炉铁水情况见表1。
27.表1高碳钢轨转炉冶炼铁水情况
[0028][0029]
2)转炉冶炼
[0030]
出钢c含量为0.16％，出钢温度为1610℃，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，转炉冶炼工艺表见表2。
[0031]
表2高碳钢轨转炉冶炼工艺表
[0032][0033]
3)lf炉精炼
[0034]
lf炉主要任务是加入合金，使化学成分满足设计成分范围，试验钢要求铝含量小于0.004％，采用硅钙钡脱氧，lf精炼加入高碳锰铁、低铝硅铁和高碳铬铁，炉渣碱度2.1，加热时间21min，lf精炼离位温度1560℃，lf离位成分满足设计成分要求。
[0035]
4)vd真空脱气
[0036]
vd真空脱气降低钢水中气体含量，深真空脱气时间18min，真空脱气后软吹14min，vd开盖后加入稀土铈含量10％的铈铁合金15kg。软吹过程氩气流量稳定，钢液蠕动并无裸露。
[0037]
5)连铸
[0038]
铸坯尺寸280mm
×
380mm，连铸过程采用保护浇铸，使用低铝保护渣和碱性覆盖剂，中包液位700mm以上。bg400ht钢液相线温度1451℃，过热度δt：30℃，二冷段配水采用swrh82b工艺，全程恒拉速操作，拉速0.62m/min，铸机电磁搅拌和轻压下使用正常，铸坯质量良好，成品成分见表3。
[0039]
表3高碳钢轨钢铸坯成分％
[0040][0041]
氢含量为1.14ppm，氧含量14ppm，氮含量49ppm。
[0042]
6)硫印和热酸
[0043]
高碳钢轨钢坯中流坯号103和404两块铸坯进行硫印和热酸检验，检验结果见图1、表4和表5。
[0044]
表4高碳钢轨钢铸坯硫印检验结果(级)
[0045][0046][0047]
表5 bg400ht铸坯热酸检验结果(级)
[0048][0049]
铸坯硫印为0、1级，低倍中心疏松为1级，中间裂纹0.5、1级，其余为0 或0.5级，铸坯质量良好。
[0050]
7)炉渣
[0051]
对试验钢lf、vd后取炉渣进行分析，见表6。
[0052]
表6炉渣组成％
[0053]
工位al2o3caoffeomgomnop2o5ssio2rlf后3.9452.093.240.634.60《0.100《0.0501.5626.541.96vd后3.3154.093.360.924.83《0.100《0.0502.1723.992.25
[0054]
lf后炉渣碱度达到1.96，vd后炉渣碱度增加到2.25。vd后，feo+mno《1.02％， r＝2.3，达到了重轨钢冶炼要求(feo+mno≤1.5％，r≥2.3)。
[0055]
8)化学成分偏析
[0056]
取试样进行成分偏析检验，每隔15mm取一点(e外弧)。
[0057]
由图2可知，c元素中心点偏析指数为1.08，oc线距中心点15mm处较高，达到1.21，其余主要在0.95～1.05之间，mn元素在oc线45mm处偏析指数最高，达到1.12，其余在0.95～1.05之间，si元素在0.98～1.01之间。
[0058]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。