一种用于制造行车车轮的锻件钢钢水及其冶炼方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料技术领域，具体设及一种用于制造行车车轮的锻件钢钢水及其冶 炼方法。
【背景技术】
[0002] 行车车轮在运行过程中，车轮与钢轨之间发生激烈磨损，要求车轮踏面具有高硬 度、高强度及良好的冲击初性，W提高车轮承载能力、耐磨性、抗疲劳性能和抗冲击性能。为 保证行车车轮钢具有上述性能，要求制造行车车轮的锻件钢材质具有高洁净度、高强高初 性及良好的耐磨耐蚀性。目前所使用的行车车轮钢大多采用65钢、65Mn等高碳钢生产，钢的 硬度、耐磨性较好，但塑初性相对较差，导致钢的冲击初性及抗疲劳性能较差，制约了车轮 使用寿命的提高。
[0003] 目前国内已有关于车轮钢生产方面的专利和研究报道，但大多集中在汽车及火车 用车轮钢方面，如武汉钢铁集团公司申请的专利"420MPa级汽车车轮用钢及其生产方法"， 钢的化学成分为：C 0.05-0.09wt〇/〇, Si < 0.15wt〇/〇，Mn 0.50-0.90wt〇/〇，P < 0.020wt〇/〇, S < 0.008wt%，Nb 0.010-0.025wt%，生产工艺包括转炉冶炼、LF炉精炼、连铸、板巧社制等步骤， 所生产的车轮钢具有良好的加工成型性能；北京科技大学申请的专利"一种含师高速列车 车轮钢的生产方法"，钢的化学成分为：(：0.40-0.70*1%，]\111 0.70-0.80*1%，510.30- 0.60wt〇/〇，抓 0.015-0.11 Owt〇/〇，Cr 0.20-0.35wt〇/〇，P < 0.020wt〇/〇，S < 0.015wt〇/〇，通过冶炼和 铸造工艺得到的高速列车车轮钢具有下列性能，抗拉强度为740-900MPa，屈服强度为450- 570MPa，断后伸长率为15-25%，低溫冲击功(Akv)为15-20J;鞍钢股份有限公司申请的专利 "一种汽车车轮用钢及其生产方法"，钢的化学成分为:C 0.07-0. lOwt%，Si 0.15-0.30wt%， Μη 1.30-1.60wt%，P含0.020wt%，S含0.005wt%，采用转炉冶炼、RH精炼、板巧连铸及板巧社 制工艺生产，所生产的钢板强度高，焊接性能好。目前国内专利和论文检索尚无设及用于制 造行车车轮的锻件钢钢水及其冶炼方法的研究报道。
【发明内容】
[0004] 本发明的第一目的在于提供一种用于制造行车车轮的锻件钢钢水;第二目的在于 提供所述的用于制造行车车轮的锻件钢钢水的冶炼方法。
[000引本发明的第一目的是运样实现的，所述的用于制造行车车轮的锻件钢钢水具有下 列重量百分比的化学成分:C 0.32~0.38 wt%、Si 1.10~1.30 wt%、Mn 1.10~1.25wt%、Cr 0.20~0.30wt0/0、Ti 0.015~0.030wt0/0、S< 0.004wt0/0、P< 0.012wt0/0、0<0.0010wt0/0、H< 0.00015wt%，其余为化及不可避免的不纯物。
[0006]本发明的第二目的是运样实现的，包括W下步骤： A、铁水预处理脱硫:将化学成分C 4.5-5.0wt%、Si 0.30-0.50wt%、Mn 0.25-0.50wt%、 P 0.090-0.1 lOwt%、S含0.020wt%，其余为化及不可避免的不纯物的高炉铁水运至KR法铁水 预处理装置进行脱硫处理，揽拌头插入深度控制为2200-2400mm，按15.0~17.0 kg/t钢的 量，加入常规化ο质脱硫剂进行脱硫处理，揽拌时间控制为8分钟;揽拌结束后进行化后渣操 作，保证钢包内铁水面裸露含4/5，化净脱硫渣;预处理后铁水成分控制为:C 4.5-4.8wt%、 Si 0.30-0.50wt〇/〇、Mn 0.25-0.50wt〇/〇、P 0.090-0.110wt〇/〇、S< 0.004wt〇/〇,其余为Fe及不可 避免的不纯物； B、 钢水冶炼：将化学成分C 4.5-4.8wt%、Si 0.30-0.50wt%、Mn 0.25-0.50wt%、P 0.090-0.1 lOwt%、S含0.004wt%，其余为化及不可避免的不纯物的A步骤的预处理深脱硫铁 水、化学成分C 0.16-0.化wt%、Si 0.12-0.25 wt%、Mn 0.45-0.70wt%、P 0.015-0.030wt〇/〇、 S 0.018-0.035wt%，其余为化及不可避免的不纯物的优质废钢及化学成分C 3.2-3.4 wt%、 Si 0.30-0.50 wt〇/〇、Mn 0.30-0.50 wt〇/〇、P 0.070-0.090wt〇/〇、S 0.020-0.035wt〇/〇,其余为Fe 及不可避免的不纯物的低憐硫生铁加入LD转炉中，进行常规顶底复合吹炼，分别按40.0~ 45. Okg/t钢、20.0~23. Okg/t钢、2.5~4. Okg/t钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石、菱儀球造 渣，控制终点碳含量含0. lOwt%，出钢溫度含1660°C;出钢前向钢包底部加入活性石灰和精 炼渣进行渣洗，石灰加入量为:3. Okg/t钢，精炼渣加入量为：1. Okg/t钢;出钢时采用全程底吹 氣工艺，氣气流量控制为20~35化/min; C、 脱氧合金化:将B步骤冶炼完毕的钢水出钢，当钢包中的钢水量大于1/4时，按下列脱 氧合金化顺序：娃巧领^娃铁^高碳铭铁^高碳儘铁，依次向钢包中加入下列物质：按 4.04旨/1:钢的量，加入下列质量比的娃巧领合金：8152.5￥1%，〔3 11.5￥1%，133 13.5￥1%，八1 4.2wt%，其余为化及不可避免的不纯物;按13.8~16.8kg/t钢的量，加入下列质量比的娃铁： Si 73.5wt%，其余为化及不可避免的不纯物；按14.0~16.2kg/t钢的量，加入下列质量比的 高碳儘铁:Μη 75.6wt%，C 6.7wt%，其余为Fe及不可避免的不纯物；按3.1~5. Okg/t钢的量， 加入下列质量比的高碳铭铁:化56.7wt%，C 7.2wt%，其余为化及不可避免的不纯物;按0.7 ~1.化g/t钢的量，加入下列质量比的增碳剂:C 92.15wt%，S 0.085wt%，灰份4.15wt%，挥发 份1.64wt%，水份0.75wt%，其余为不可避免的不纯物;在钢包钢水量达到4/5时加完上述 合金；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序； D、 钢水LF炉精炼:将C步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氣气带，开启氣气采用 20~3(ML/min的小氣量吹氣2分钟，然后下电极采用档位7~9档化渣;通电3分钟后，抬电极 观察炉内化渣情况，之后测溫、取样;若渣况较稀，补加石灰4.0~6. Okg/t钢，然后加入电石 0.5 kg/t钢调渣，控制渣碱度为6.0~7.0 ;根据钢样分析结果，加入合金、侣丸调整钢液成 分，再次观察渣液决定是否进一步调整，直至黑色消失呈现白色，控制钢水氧活度^lOppm， ALs含量为0.010~0.020wt%，适当加大氣气流量为40~5(ML/min，按0.6~1.3kg/t钢的量， 加入下列质量比的铁铁:Ti 32.3wt%，其余为化及不可避免的不纯物，软吹氣3分钟;之后将 钢水溫度加热至1635~1645°C后进行喂线处理，喂入具有下列质量比的娃巧线：Si 56.5wt%、化29.4 wt%、其余为化及不可避免的不纯物，喂线速度为2.5m/s，喂线量为200m; 喂线结束采用流量为25~35NL/min的小氣气量对钢水进行软吹氣，软吹时间为2分钟，之后 加入常规大包钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，然后将钢水吊至VD炉真空精炼工位； E、 钢水VD炉真空精炼:将D步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氣管，开启氣气采用 20~3(ML/min的小氣量吹氣2分钟，之后对钢水定氧定氨，同时测溫取样;取样完毕后，将真 空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至65~70化时，开始进行保真空 脱气处理，同时进行底吹氣处理，氣气流量控制为40~60化/min，在真空度65~70化条件下 钢水脱气处理时间含18分钟;真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和 定氧定氨;之后对钢水进行小氣气量软吹氣处理，氣气流量为20~3(ML/min，软吹氣时间为 2分钟；钢水软吹氣结束后，加入常规大包钢水覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢，即获得用 于制造行车车轮的锻件钢钢水，钢水具有下列重量百分比的化学成分:C 0.32~0.38 wt%、 Si 1.10~1.30 wt〇/〇、Mn 1.10~1.25wt〇/〇、Cr 0.20~0.30wt〇/〇、Ti 0.015~0.030wt〇/〇、S< 0.004wt〇/〇、P < 0.012wt〇/〇、0 < 0.0010wt〇/〇、H < 0.00015wt〇/〇,其余为化及不可避免的不纯物，其 工艺力学性能如表1和表2所示： 表1钢水生产的锻件钢夹杂物检验情况
本发明所提供的钢水具有高洁净度及低夹杂物含量，用其生产的用于制造行车车轮的 锻件钢具有高强度、高初性及良好的耐磨耐蚀性，显著提升了行车车轮使用过程中的冲击 初性及抗疲劳性能，提高了行车车轮的使用寿命。
[0007] 本发明在钢中加入适量Cr、Mn合金元素，提高了钢的泽透性、强度及耐磨性；提高 钢中Si含量，促进了渗碳体颗粒的细化，同时使两相在塑性变形阶段表现出较强的相容性， 铁素体产生较大塑性变形，促进了钢材强度提高和成形性能的改