CN101705429A

CN101705429A - 高速铁路无渣轨枕板钢丝用盘条及其生产方法

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Publication number: CN101705429A
Application number: CN200910228812A
Authority: CN
Inventors: 吴波; 孙国庆; 巩文旭
Original assignee: Tianjin Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Tianjin Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: CN101705429B

Abstract

本发明属于钢铁冶炼工艺技术领域，特别是提供了高速铁路轨枕板钢丝用高盘条及其生产方法。目前单根轨枕已不适应高铁的要求，升级成轨枕板。本发明为适应高速列车轨枕板用钢丝对盘条的需求，设计一种专用铁路轨枕板用钢丝的盘条及制造方法。其盘条控制成分(重量百分数)为C＝0.34-0.39％，Si＝1.55-1.85％，Mn＝0.75-1.00％，Cr＝0.35-0.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，B≥0.0008％，其余Fe。其生产工艺包括：采用优质精料，顶底复吹冶炼，出钢过程采用合成渣料渣洗；LF精炼采用电石、碳化硅等造白渣工艺；连铸保护浇注，过热度控制在20-40℃范围内，拉速为1.9-2.8m/min；轧钢控制钢坯出炉温度为950℃-1010℃，在轧制过程采用水箱控制、大风量控制冷却，吐丝温度控制在840-860℃。

Description

高速铁路无渣轨枕板钢丝用盘条及其生产方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼工艺技术领域，特别是提供了一种高速铁路轨枕钢丝用高盘条的生产及制造方法。

技术背景

铁路轨枕用钢丝，传统采用光面、刻痕等钢丝。随着铁路的发展，特别是运行速度最高达到350公里的高速铁路，原来单根轨枕已不适应高铁的要求，升级改造成2.4米×0.5米的轨枕板，相应轨枕钢丝也由7.0毫米提高到9.0毫米以上，抗拉强度要求1420Mpa以上，断后延伸率L₁₀₀≥8％，松弛率1000h要求≤2.5％，且对疲劳寿命提出更高的要求，并须做疲劳试验和“氢脆”试验等。原来作为生产轨枕钢丝的盘条，由于强度较高等原因不适应轨枕钢丝的要求。

本发明采用降低C元素，增加Si、Mn元素的成分设计，利于后期加工塑性，增加合金元素Cr含量，弥补降C带来的强度损失，添加微量元素B，提高淬透性，改善钢材综合性能，同时，进一步减低S、P元素，提高钢的纯净度。

发明内容

本发明为适应时速达到或超过350公里高速列车轨枕板用钢丝对盘条的需求，为克服原做轨枕钢丝用盘条强度偏高、硬度较大，不适应做对疲劳寿命提出更高要求的轨枕板钢丝，设计一种专用铁路轨枕板用钢丝的盘条及制造方法。

本发明的高速铁路无渣轨枕板钢丝用盘条及其生产方法靠如下手段实现。

本发明的高速铁路轨枕板钢丝用盘条，控制成分(重量百分数)为C＝0.34-0.39％，Si＝1.55-1.85％，Mn＝0.75-1.00％，Cr＝0.35-0.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，B≥0.0008％，其余Fe。

本发明的高速铁路轨枕板钢丝用盘条的制造方法为高炉铁水→转炉冶炼→LF精炼→连铸→高速线材轧制成盘条。具体内容包括：

①高炉铁水采用喷吹颗粒镁工艺进行脱硫预处理，使入转炉铁水成分达到Si]＝0.30-0.85％、[P]＝0-0.080％、[S]＝0-0.030％；

②转炉采用顶底复吹冶炼，并采用氧压为0.8-0.85MPa、流量为22800-23200m³/h的低氧压、大流量供氧制度；采取前、中期脱磷，中、后期再脱硫工艺，采取挡渣出钢，出钢过程中向钢包内加入合成渣料进行渣洗，再终脱氧，并控制出钢时[C]、a[O]量；

③LF精炼过程采用电石、碳化硅还原剂为主的脱氧工艺，精炼过程白渣精炼时间10-20分钟，LF精炼处理时间在30-40分钟，采取全程底吹氩气搅拌；并按照预吹、正常给电、软吹3种模式控制底吹氩气搅拌；

④连铸工艺要求钢包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注，钢水过热度控制在20-40℃范围内，稳定拉速为1.9-2.8m/min；控制铸机二冷水分布及二冷水比水量；中间包采用MgCa质涂层，并设置挡墙；使用结晶器电磁搅拌技术；

⑤高线轧制，采用双蓄热式加热炉，优化加热制度，控制钢坯出炉温度为950℃-1010℃，在预精轧与精轧机组之间、精轧机组与减定径之间、减定径与吐丝机之间各有两组水箱控制轧件温度，采取大风量控制冷却，吐丝温度控制在840-860℃，温度波动≤20℃；

所述高速铁路轨枕板钢丝用盘条为高线线材，其中优选成分为C＝0.36-0.39％，Si＝1.60-1.70％，Mn＝0.82-0.88％，Cr＝0.42-0.48％，P≤0.025％，S≤0.015％，B≥0.0008％，其余Fe。

所述高速铁路轨枕板钢丝用高线盘条及其生产方法，在转炉工序，冶炼的前、中期强化造渣脱磷，中、后期稳定炉渣中的磷并实现钢水脱硫，出钢过程中向钢包内加入CaF₂、CaO合成渣料进行渣洗，并控制下渣量0-50mm，采用硅铝钡终脱氧，控制出钢成分[C]＝0.10-0.15％、[P]＝0-0.012％，使进入LF精炼站钢中溶解氧a[0]＝0-15ppm。在LF精炼过程中，完成温度成分调整后，加入硼铁15-25Kg，喂CaSi丝再软吹氩搅拌5-10分钟，使钢水出站温度为1555℃-1575℃。在连铸机冷却水的分布为，一段占33％，二段占48％，三段占19％，比水量1.00-1.10L/Kg。在轧制工序，优化加热炉加热制度，使炉温差≤50℃、单支钢坯头尾温差≤40℃，轧件温度控制采用闭环控制***，延长20-40米的斯太尔摩风冷线实现大风量控制冷却。

本发明的优点在于提供高速铁路轨枕板钢丝用高线盘条及生产方法。该钢种合金元素成分的最佳优化组合，保证了盘条各项综合力学性能最优，且整批供货均匀、波动小；采用顶底复吹技术，低压大流量氧枪供氧，吹炼平稳，成分和温度命中率高；出钢时向包中加入专用合成渣，进行渣洗，进一步脱硫，去除夹杂；LF精炼工序采用快速造白渣工艺，保证温度、成分调整均匀，同时利于脱硫及夹杂物控制；LF精炼工序配有钢包全过程底吹氩及钢包喂丝设备，实现夹杂物变性处理，降低钢中夹杂物含量，提高钢水洁净度；连铸采用结晶器电磁搅拌工艺，提高铸坯质量；加热炉严格控制加热时间、保证烧钢均匀；粗轧机、精轧机***实现轧件温度闭环控制，由于减定径轧机孔型***的特点，轧件最后几道次变形较小，盘条表面晶粒更加细化，表面质量更好；利用目前世界上最先进的摩根斯太尔摩超长风冷线(全长为113mm，比一般情况风冷线长30m)，实现大风量控制冷却，使盘条的冷却效果更好，获得最佳的盘条组织和性能。在线应用测径仪及时监视尺寸并进行在线调整，尺寸精度达到±0.01mm，达到世界先进水平。

采用本发明的盘条及其制造方法生产的高速铁路轨枕板钢丝用高线盘条，其盘条的抗拉强度700-1000Mpa，面收缩率大于30％，延伸率大于18％。

具体实施方式

本发明轨枕板钢丝用高线盘条成分为：控制成分(重量百分数)C＝0.34-0.39％，Si＝1.55-1.85％，Mn＝0.75-1.00％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr＝0.35-0.60％，B≥0.0008％。

本发明优化成分(重量百分数)为：C＝0.36-0.39％，Si＝1.60-1.70％，Mn＝0.82-0.88％，Cr＝0.42-0.48％，P≤0.025％，S≤0.015％。

本发明的生产工艺：

高炉→顶底复吹转炉→LF精炼炉→150×150mm方坯连铸→翻转冷床→加热炉→高线轧制→斯太尔摩控制冷却→检验→入库.

具体工艺步骤：

(1)原料：采取精料原则，入炉铁水要求：Si＝0.30-0.85％、P＝0-0.080％、S＝0-0.030％。

(2)转炉冶炼：采用顶底复吹转炉工艺，强化了冶炼过程中对熔池的搅拌，促进各种冶金反应的进行和温度、成分的均匀。顶底复吹转炉采用低氧压、大流量顶部氧枪供氧，氧压为0.8-0.85MPa、流量为22800-23200m³/h；底吹氮气/氩气搅拌；转炉冶炼的前、中期利用钢水温度较低的有利条件，强化造渣脱磷，中、后期稳定炉渣中的磷并实现钢水脱硫；转炉出钢过程中采取挡渣出钢，控制下渣量0-50mm，防止回磷，提高合金收得率并减少钢中的非金属夹杂物；出钢过程中向钢包内加入合成渣料(主要成份为CaF₂、CaO)进行渣洗，同时进行钢包顶渣的改质，进一步脱硫去夹杂；终脱氧采用硅铝钡脱氧，保证LF精炼进站钢中溶解氧a[0]＝0-15ppm。采取高拉碳操作，转炉出钢目标要求钢水[C]＝0.10-0.15％、[P]＝0-0.012％。

(3)LF精炼：由于该钢种主要用作高速铁路轨枕板钢丝，钢材的各项综合性能要求很高，因此对该钢种化学成分、钢中夹杂物的种类和含量、气体含量等提出严格要求，LF精炼工序围绕调整和均匀化学成分、钢中非金属夹杂物的去除、调整温度等方面进行控制。在LF精炼过程中钢水化学成分的控制范围为：[C]＝0.36-0.39％，[Si]＝1.60-1.70％，[Mn]＝0.82-0.88％，[Cr]＝0.42-0.48％，[P]≤0.025％、[S]≤0.015％、[B]＝0.0010-0.0020％

精炼过程中，采用电石、碳化硅还原剂为主的脱氧工艺；白渣精炼时间10-20分钟，LF精炼处理时间在30-40分钟。精炼过程中，全程底吹氩气搅拌，并按照预吹、正常给电、软吹3种模式控制底吹氩气搅拌的气体流量，保证吹氩效果。温度成分调整完毕后，加入硼铁15-25Kg，取样做全分析。最后喂CaSi丝(Φ13mm)100m。喂丝完毕后软吹氩5-10分钟的软吹氩气搅拌。保证钢水出站温度目标：第一炉1575±5℃，连浇炉1555±5℃

(4)连铸：150×150mm方坯连铸，为保证铸坯质量和连铸的顺利进行，重点控制以下几个方面：

●连铸过程中钢包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注，防止钢水二次氧化，保证钢水的纯净度；

●控制铸机二冷水分布及二冷水比水量，保证二冷冷却的均匀；水的分布为一段占33％，二段占48％，三段占19％；比水量为1.10L/Kg；

●钢水过热度控制在20～40℃范围内，稳定拉速为2.0-2.8m/min；

●中间包设置挡墙，以促进夹杂物上浮去除。中间包涂层采用MgCa质材料，减轻中间包耐火材料侵蚀带来的夹杂对钢液的污染；

●使用结晶器电磁搅拌，保证铸坯结晶组织致密、均匀，减少铸坯柱状晶率，避免铸坯裂纹、缩孔等缺陷。

(5)高线轧制：生产满足高速铁路轨枕板钢丝用高线盘条，为保证获得内外质量水平较高的盘条，重点控制以下几个方面：

●加热工序：严格控制加热时间，使钢坯充分奥氏体化，确保烧钢质量，出钢温度：950-1050℃，保证钢坯加热均匀，保证单支钢坯头尾温差≤40℃，炉温差≤50℃。

●轧制工序：预精轧与精轧机组之间、精轧机组与减定径之间、减定径与吐丝机之间各有两组水箱控制轧件温度，且轧件温度实现闭环控制。由于减定径轧机孔型***的特点，轧件最后几道次变形较小，盘条表面晶粒更加细化，表面质量更好。

●控冷工序：利用目前世界上最先进的摩根斯太尔摩超长风冷线(全长为113mm，比一般情况风冷线长30m)，实现大风量控制冷却，使盘条的冷却效果更好。选择吐丝温度：840-860℃；使用1-6#风机：50％；保温盖：全开；适宜的辊道速度。同时为保证盘条的通条性能，控制温度波动≤20℃，确保最终产品组织和性能。

●精整工序：为保证盘条通条性能和尺寸精度，头尾变形和水冷不均部分全部剪掉。采用了减定径轧机孔型，形成了椭-圆-圆-圆***，同时利用在线测径仪及时监视尺寸变化情况，并及时进行在线调整，确保尺寸精度达到世界先进水平±0.01mm。

实施例

高炉→顶底复吹转炉→LF精炼炉→150×150mm方坯连铸→翻转冷床→加热炉→高线轧制→斯太尔摩控制冷却→检验→入库。

(1)入炉铁水：Si＝0.45％，P≤0.07％，S≤0.028％

(2)转炉冶炼：

冶炼钢种16MnVH，顶底复吹转炉采用低压大流量氧枪供氧，底吹氮气/氩气，氧压为0.8MPa、流量为23000m³/h，前、中期造渣脱P，中、后期造渣脱S；出钢[C]＝0.10％、[P]＝0.009％；转炉出钢采用挡渣出钢，下渣厚度50mm。出钢过程中向钢包内加入专用合成渣料400kg。

(3)LF精炼

成分控制：[C]＝0.38％，[Si]＝1.62％，[Mn]＝0.82％，[S]＝0.008％；[B]＝0.0012％进站定氧a[O]＝12ppm；白渣精炼时间18分钟；喂硅钙丝Φ13mm、100m，改善钢水流动性及夹杂物变性处理；软吹操作7分钟；LF精炼处理时间38分钟；调整连铸到站温度1570℃(第一炉)。

(4)连铸工序：铸坯断面150×150mm

●连铸大包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注；

●铸机二冷水分布及二冷水比水量，一段占33％，二段占48％，三段占19％，比水量1.10L/Kg；

●中间包钢水的过热度25℃，拉速2.6m/min；

●中间包设置挡墙；

●使用结晶器电磁搅拌。

(5)高线轧制：Φ14mm盘条

●出钢温度：970-1010℃

●轧制速度：26.25m/s

●辊道速度：35.7-37.5-39.4-41.4-43.4-45.6-47.9-50.3-52.8-52.8-47.5-42.7-36.3(m/min)

●风机使用：1-16# 50％

●保温盖：全开

●进减定径温度900-920℃，出精轧温度960-980℃，吐丝温度840-860℃。

Claims

1.高速铁路轨枕板钢丝用盘条，其特征在于控制成分(重量百分数)C＝0.34-0.39％，Si＝1.55-1.85％，Mn＝0.75-1.00％，Cr＝0.35-0.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，B≥0.0008％，其余Fe。

2.按照权利要求1所述的高速铁路轨枕板钢丝用盘条，及其制造方法为高炉铁水→转炉冶炼→LF精炼→连铸→高速线材轧制成盘条；其特征在于：

①高炉铁水采用喷吹颗粒镁工艺进行脱硫预处理，使入转炉铁水成分达到[Si]＝0.30-0.85％、[P]＝0-0.080％、[S]＝0-0.030％；

3.按照权利要求2所述高速铁路轨枕板钢丝用高线盘条的制造方法，其特征在于在转炉冶炼的前、中期强化造渣脱磷，中、后期稳定炉渣中的磷并实现钢水脱硫，出钢过程中向钢包内加入CaF₂、CaO合成渣料进行渣洗，并控制下渣量0-50mm，采用硅铝钡终脱氧，控制出钢成分[C]＝0.10-0.15％、[P]＝0-0.012％，使进入LF精炼站钢中溶解氧a[O]＝0-15ppm；

4.按照权利要求2所述高速铁路轨枕板钢丝用高线盘条的制造方法，其特征在于，在LF精炼过程中，完成温度成分调整后，加入硼铁15-25Kg，喂CaSi丝再软吹氩搅拌5-10分钟，使钢水出站温度为1555℃-1575℃。

5.按照权利要求2所述高速铁路轨枕板钢丝用高线盘条的制造方法，其特征在于，在连铸机冷却水的分布为，一段占33％，二段占48％，三段占19％，比水量1.00-1.10L/Kg。

6.按照权利要求2所述高速铁路轨枕板钢丝用高线盘条的制造方法，其特征在于，优化加热炉加热制度，使炉温差≤50℃、单支钢坯头尾温差≤40℃，轧件温度控制采用闭环控制***，延长20-40米的斯太尔摩风冷线实现大风量控制冷却。