專利名稱：一種低氧車軸用鋼的冶煉方法
技術領域：
本發明涉及ー種低氧車軸用鋼的冶煉方法，主要是車軸用鋼生產過程中氧含量的控制方法。
背景技術：
車軸是鐵路列車重要的承重構件之一，其質量可靠性直接關系到鐵道列車的高速行車安全。高速動車車軸對鋼質純凈度及抗疲勞性能要求非常高。目前，我國高速動車車軸全部采用國外進ロ產品，國內在此領域尚屬空白。氧作為ー種有害元素在鋼中應嚴加控制。研究表明，鋼中的氧及非金屬氧化物會降低鋼材的疲勞強度和沖擊韌性，同時也是疲勞失效裂紋的發源地。因此，應盡量降低鋼中的氧含量及非金屬氧化物，特別是對安全有很高要求的列車關鍵構件，其氧含量及夾雜物 級別尤其應嚴加控制，如時速在200公里以上的高速動車車軸，要求鋼中
彡20X10_6，A類、B類、C類、D類夾雜物均不大于I. 0級?，F有車軸用鋼的低氧冶煉方法生產的車軸鋼質量波動大，氧含量及夾雜物控制水平難以穩定達到國外同類產品的水平。

發明內容
為了克服現有低氧車軸用鋼的冶煉方法的上述不足，本發明提供一種車軸用鋼的低氧冶煉方法，本發明可將鋼中的氧含量降低到不高于15X10'本發明的鋼種高速動車車軸用鋼，其成分的質量百分比與氧含量的要求如下
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' 其余為Fe與不可避免的雜質。通過出鋼時沉淀脫氧、精煉階段控制渣系及擴散脫氧、真空處理脫氧、注鋼保護澆注措施，可以將鋼中的氧穩定控制在不高于15X Kr6的水平。本低氧車軸用鋼的冶煉方法包括下述依次的步驟
I電爐冶煉
(I)電爐裝料先將優質的廢鋼加入電爐，廢鋼中(重量)P ^ 0. 025%,S ^ 0. 030%，廢鋼表面干燥、無油污、無雜質，外形尺寸< 800mmX500mm。再將預處理后鐵水倒入電爐,入爐預處理鐵水中(重量)P彡0. 070%, S彡0. 050%，鐵水溫度為1250°C 1500°C，鐵水的重量比例彡60%o(2)然后電爐吹氧10± I分鐘后，加入石灰、螢石造渣材料，電爐中的廢鋼及造渣料得到熔化。(3)繼續吹氧，鋼中的C、Si、P、S元素得到氧化。當鋼液中C :0. 08 0. 12%、P彡0. 010%、S彡0. 020%、Si彡0. 20%且鋼液溫度為1640 1680°C時電爐偏底心出鋼。(4)出鋼前在烘燒大于2小時的鋼包中加入(計算好的)脫氧劑、鐵合金及造渣劑。脫氧劑為Si-Al-Ba、Al丸，進行沉淀脫氧；鐵合金為鑰鐵、中碳鉻鐵、硅錳鐵；造渣劑為CaO及合成渣。使其在鋼包內初步完成鋼水合金化。(5)將鋼包移至電爐出鋼口，傾斜電爐將鋼水倒入鋼包。出鋼時要求留鋼留渣操作，嚴禁出鋼過程中流入氧化渣到鋼包中。2鋼包爐精煉
(I)鋼包精煉前喂入Al線，進行在線脫氧處理。(2)鋼包進入LF工位，底吹Ar氣，加入石灰和螢石，送電升溫8±2分鐘，(熔化鋼包內的合金料及渣料)當溫度在1550±10°C時，加入電石。(3)然后再送電升溫10±2分鐘，在溫度達到1640±10°C時，加入合金微調整成分。再送電10±2分鐘，升溫熔化合金。(4)成分達到鋼種要求后，在鋼包內造還原性白渣，加入石灰。使渣中E (FeO) (0. 5%，調整精煉渣的堿度達到R (Ca0/Si02) =3. 0 7. 0，Al2O3含量在20 40%，SiO2 ( 15% ；
(5)在白渣狀態下加入Al粉和合成渣進行擴散脫氧，繼續送電。精煉過程全程底軟Ar氣，Ar氣壓力0. 2-0. 5MPa，保證脫氧反應動力學條件且使反應產物A1203、SiO2可以充分上浮并在渣金界面吸收。(6)白渣狀態下保持時間不小于15分鐘，鋼包出LF站，出站溫度1660±5°C。3 VD真空精煉
(1)鋼包進VD工位；
(2)高真空度下(壓強彡67pa)保持時間不少于15分鐘，并底吹Ar氣，在真空條件下進一步脫除鋼中的氧，使
( 15X10'(3) VD處理后，(破真空后)根據鋼中鋁含量喂適當Al線，按成分的中上限(即鋁0. 025% 0. 040%)控制Al含量;快速(3 4m/s)喂入Si-Ca線(0. 3 I. Okg/t)進行鋼水鈣處理，使鋼中夾雜物得到球化。(4)加入優質覆蓋劑(含CaO的渣劑，加在鋼包表面用于防止溫降過快及防止鋼水與空與直接接觸)。(5)底吹Ar氣進行軟攪拌，攪拌時間不少于15分鐘，控制吹氬強度，保持鋼水不裸露、液面上下蠕動狀態，促進夾雜物的上浮，并在渣金反應界面得到吸收。(6)出站溫度 1565±5°C。注鋼
注鋼過程采用全程Ar封澆注。防止鋼水的二次氧化。上述的低氧車軸用鋼的冶煉方法(下述的步驟標注序號與上述的步驟標注序號一致)，其步驟特征為
I電爐冶煉
(2 )加入石灰、螢石造渣材料的量為，每噸鋼水加石灰8 土 lkg/t，螢石4. 5 土 lkg/t。(4)鋼包中加入的脫氧劑、鐵合金及造渣劑的量為每噸鋼水Si-Al-Ba :
3.5±0. 2kg,Al 丸:2±0. 5kg、鑰鐵3. 3±0. 3kg、中碳鉻鐵:15±0. 15kg、硅錳鐵:10±lkg、CaO :5±lkg、合成渣(CaO 和 Al2O3 的混合物，CaO 40±4%，A1203 40 ±4%，其它為 SiOjPMgO雜質):5±0. 5kg。鋼包爐精煉(1)Al線喂入量為每噸鋼水I.25±0. 3kg ；
(2)Ar壓カ為0. 2-0. 5MPa,姆噸鋼水加入量為石灰5±0. 5kg,螢石3. 5±0. 5kg ;姆噸鋼水電石加入量為I. 3±0. 2kg/t。(3)加入量為每噸鋼水加石灰5±0. 2kg。3 VD真空精煉
(2)每噸鋼水吹氬0. 05±0. 01m3 ；
(5)每噸鋼水 Ar 量為 0. 009±0. OOlm30本車軸用鋼的低氧冶煉方法可以使鋼中
< 15X 10_6，B類非金屬夾雜物級別達到0. 5級以下，鋼質純凈，提高了高速動車車軸的綜合性能。該鋼質能達到高速鐵路客車時速大于200公里空心車軸用鋼的質量要求。
具體實施例方式下面結合實施例詳細說明本發明的具體實施方式
，但本發明的具體實施方式
不局限于下述的實施例。
實施例本實施例生產的是高速動車車軸用鋼，其成分的質量百分比與氧含量的要求如下
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' 其余為Fe與不可避免的雜質。本實施例為下述依次的步驟
I電爐冶煉
(I)電爐裝料先將優質廢鋼6噸加入電爐，廢鋼中(重量)P ( 0. 025%、S ( 0. 030%，廢鋼表面干燥、無油污、無雜質，外形尺寸< 800mmX500mm。再將預處理后鐵水54噸倒入電爐，入爐預處理鐵水中(重量)P 0. 060%, S 0. 040%,鐵水溫度為1260°C。(2)電爐吹氧，吹氧9分鐘，加入螢石300kg與石灰500kg，電爐中的廢鋼及造渣料得到熔化，熔清時鋼液溫度1640°C，熔清化學成分C=0. 89%，Si=O. 01%, Mn=O. 08%,P=O. 009%,S=O. 025%, Cr=O. 08%, Cu=O. 01%。(3)繼續吹氧，鋼中的C、Si、P、S元素得到氧化。冶煉末期，控制終點鋼水溫度和C含量。偏心底電爐出鋼倒入鋼包時，鋼水溫度為1680°C，化學成分C=0. 08%, Si=O. 006%,Mn=O. 055%, P=O. 005%, S=O. 0177%, Cr=O. 02%, Cu=O. 01%。(4)出鋼前在烘烤3小時的鋼包中加入300kg石灰、200kg螢石、200kgSi_Al_Ba、550kg硅錳合金、190kg鑰鐵、850kg中碳鉻鐵、115kg鋁丸合金，合成渣300kg，初步完成鋼包內的成分合金化及沉淀脫氧。(5)出鋼時采用留鋼留渣操作，嚴禁出鋼時有氧化渣流入鋼包內。出鋼結束，稱量鋼包內鋼水量57噸。鋼包爐精煉
(I)進LFエ位前在線于鋼包內每秒4米喂Al線63kg (直徑為(M3mm，Al線180米)，進行在線Al脫氧處理。進LF工位，喂Al線后測得鋼水溫度1541°C。(2)送電，化渣鋼包進入LF工位，底吹Ar氣，Ar壓力為0. 2-0. 5MPa。加入石灰300kg、螢石200kg (加入螢石的目的是為了便于渣的熔化)。送 電升溫，加電8分鐘，測得溫度為1555°C，加入電石75kg。(3)成分微調繼續送電升溫10分鐘，測得溫度1645°C，加入Mn-C合金80kg、高碳 Cr 鐵 150kg、Fe-Si 合金 70kg、Mn-Si 合金 50kg、C 粉 54kg、Mo 鐵 40kg、V 鐵 30kg。再送電12分鐘，升溫熔化合金。(4)成分入限后，調整渣系，加入石灰300kg造白渣。(5)深脫氧在白渣狀態下，加入Al粉60kg，合成渣200kg，并繼續底吹Ar氣，使脫氧反應在渣金界面進行擴散脫氧。
(6)白渣狀態下保持20分鐘時間，LF出站，測得鋼水溫度1660°C。(7)精煉終渣成分E (FeO) = 0. 32%, R (Ca0/Si02) = 5. 4，SiO2 = 6. 7%, Al2O3 =27. 8%。VD真空精煉
(I)鋼包進VD工位，測得溫度1657°C。(2)抽真空，高真空度下(真空度為60pa)，保持時間25分鐘，并全程底吹Ar氣，每噸鋼水0. 06m3,在真空條件下進一步脫除鋼中的氧。(3)破空后，鋼水溫度1586°C，喂入Si-Ca線，以4m/s速度喂入150米(52kg)，Al線以4m/s速度喂入100米(35kg)。(4)加入優質覆蓋劑30kg。(含CaO的渣劑，加在鋼包表面用于防止溫降過快及防止鋼水與空與直接接觸)
(5)降低吹Ar強度，底吹Ar氣軟攪拌時間16分鐘，每噸鋼水Ar氣0. 009m3,保持鋼水不裸露，鋼液呈上下螺動狀態。(6)出站測得溫度為1556°C。注鋼
模注澆鋼，采用Ar封技術,避免鋼水二次氧化,采用8. 4噸的專用車軸鋼鋼錠澆注。5分析檢驗
通過全氧分析，鋼中
含量為12X10_6;
夾雜物級別檢驗結果如表I 表I 夾雜物級別(級)
ABcI>m
…—m——鋪..........................糧——_——.糖—細—粗——縮—
......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 0.5
(I O 0 0 (I 0-5 <1 本申請文件所述的低氧車軸用鋼是
( 15X10—6的車軸用鋼。
權利要求
1. ー種低氧車軸用鋼的冶煉方法，它包括下述依次的步驟 I電爐冶煉 (1)電爐裝料先將優質的廢鋼加入電爐，廢鋼中P彡0.025%,S彡0. 030%，廢鋼表面干燥、無油污、無雜質，外形尺寸< 800mmX500mm ;再將預處理后鐵水倒入電爐，入爐預處理鐵水中P彡0. 070%, S彡0. 050%，鐵水溫度為1250°C 1500°C，鐵水的重量比例彡60% ； (2)然后電爐吹氧10±1分鐘后，加入石灰、螢石造渣材料，電爐中的廢鋼及造渣料得到熔化； (3)繼續吹氧，鋼中的C、Si、P、S元素得到氧化；當鋼液中C:0. 08 0. 12%、P彡0. 010%、S彡0. 020%、Si ( 0. 20%且鋼液溫度為1640 1680°C時電爐偏底心出鋼； (4)出鋼前在烘燒大于2小時的鋼包中加入脫氧劑、鐵合金及造渣劑；脫氧劑為Si-Al-Ba, Al丸，進行沉淀脫氧；鐵合金為鑰鐵、中碳鉻鐵、硅錳鐵；造渣劑為CaO及合成渣使其在鋼包內初步完成鋼水合金化； (5)將鋼包移至電爐出鋼ロ，傾斜電爐將鋼水倒入鋼包；出鋼時要求留鋼留渣操作，嚴禁出鋼過程中流入氧化渣到鋼包中； II鋼包爐精煉 (1)鋼包精煉前喂入Al線，進行在線脫氧處理； (2)鋼包進入LFエ位，底吹Ar氣，加入石灰和螢石，送電升溫8±2分鐘，(熔化鋼包內的合金料及渣料)當溫度在1550±10°C時，加入電石； (3)然后再送電升溫10±2分鐘，在溫度達到1640±10°C時，加入合金微調整成分；再送電10±2分鐘，升溫熔化合金； (4)成分達到鋼種要求后，在鋼包內造還原性白渣，加入石灰；使渣中E(FeOX 0. 5%，調整精煉渣的堿度達到R=3. 0 7. 0，Al2O3含量在20 40%, SiO2彡15% ； (5)在白渣狀態下加入Al粉和合成渣進行擴散脫氧，繼續送電；精煉過程全程底軟Ar氣，Ar氣壓カ0. 2-0. 5MPa，保證脫氧反應動力學條件且使反應產物A1203、SiO2可以充分上浮并在渣金界面吸收； (6)白渣狀態下保持時間不小于15分鐘，鋼包出LF站，出站溫度1660±5°C； III VD真空精煉 (1)鋼包進VDエ位； (2)高真空度下(壓強彡67pa)保持時間不少于15分鐘，井底吹Ar氣，在真空條件下進ー步脫除鋼中的氧，使
^ 15X1(T6 ； (3)VD處理后，破真空后根據鋼中鋁含量喂Al線，按成分的中上限(鋁0. 025% .0.040%)控制Al含量；喂入Si-Ca線進行鋼水鈣處理，使鋼中夾雜物得到球化； (4)加入優質覆蓋劑即含CaO的渣劑，加在鋼包表面用于防止溫降過快及防止鋼水與空與直接接觸； (5)底吹Ar氣進行軟攪拌，攪拌時間不少于15分鐘，控制吹氬強度，保持鋼水不裸露、液面上下蠕動狀態，促進夾雜物的上浮，并在渣金反應界面得到吸收； (6)出站溫度1565±5°C； IV注鋼 注鋼過程采用全程Ar封澆注；防止鋼水的二次氧化。
2.根據權利要求I所述的低氧車軸用鋼的冶煉方法，其步驟特征為 I電爐冶煉 (2)加入石灰、螢石造渣材料的量為，每噸鋼水加石灰8 土 lkg/t，螢石4. 5 土 lkg/t ； (4)鋼包中加入的脫氧劑、鐵合金及造渣劑的量為每噸鋼水Si-Al-Ba:3. 5±0. 2kg、Al 丸2±0. 5kg、鑰鐵3. 3±0. 3kg、中碳鉻鐵15±0. 15kg、硅錳鐵10±lkg、CaO 5±lkg、合成渣(CaO 和 Al2O3 的混合物，CaO 40±4%，Al2O3 40±4%，其它為 SiO2 和 MgO 雜質):5±0. 5kg ； II鋼包爐精煉 (1)Al線喂入量為每噸鋼水I.25±0. 3kg ； (2)Ar壓力為0. 2-0. 5MPa,每噸鋼水加入量為石灰5±0. 5kg,螢石3. 5±0. 5kg ;每噸鋼水電石加入量為I. 3±0. 2kg/1 ； (3)加入量為每噸鋼水加石灰5±0.2kg ； III VD真空精煉 (2)每噸鋼水吹氬0. 05±0. 01 m3 ； (5)每噸鋼水Ar 量為 0. 009±0. OOlm30
全文摘要
本發明涉及一種低氧車軸用鋼的冶煉方法，它包括下述依次的步驟Ⅰ電爐冶煉 將廢鋼與預處理鐵水加入電爐，然后吹氧，加入造渣材料；繼續吹氧，電爐偏底心出鋼；出鋼前鋼包中加入脫氧劑、鐵合金及造渣劑；鋼水倒入鋼包；Ⅱ鋼包爐精煉鋼包精煉前先快速喂入Al線脫氧處理；鋼包進入LF工位底吹Ar氣，加入電石；再送電升溫；在鋼包內造還原性白渣；加入Al粉和合成渣進行擴散脫氧；白渣狀態下保持時間不小于15分鐘后鋼包出LF站；ⅢVD真空精煉鋼包進VD工位；高真空度下底吹Ar氣；VD處理后，喂Al線；加入覆蓋劑；e底吹Ar軟攪拌；出站；注鋼。本低氧車軸用鋼的冶煉方法可將鋼中的氧含量降低到不高于15×10-6。
文檔編號C21C7/10GK102776323SQ20121026657
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月30日 優先權日2012年7月30日
發明者王之香, 王玉玲, 鄔中華 申請人:山西太鋼不銹鋼股份有限公司