CN102766729B

CN102766729B - 一种高速车轴用钢的低磷控制方法

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Publication number: CN102766729B
Application number: CN201210265759.3A
Authority: CN
Inventors: 王之香; 王玉玲; 邬中华; 陈金虎
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: CN102766729A

Abstract

本发明涉及一种高速车轴用钢的低磷控制方法，它包括下述依次的步骤：Ⅰ.铁水预处理：将含P≤0.105%，S≤0.050%的铁水进行预处理；Ⅱ.电炉冶炼：将废钢和预处理后的铁水加入电炉冶炼，预处理的铁水重量比≥70%，废钢炉料中的P≤0.035%，熔池脱磷温度为1560—1580℃，在熔池形成后全程进行泡沫渣操作，电炉出钢[C]≥0.08%，[P]≤0.004%；出钢时留钢、留渣；Ⅲ.LF精炼工艺：LF精炼全程底吹氩气；采用高Al₂O₃含量的高碱度R（CaO/SiO₂）=4.0～6.0渣系进行造渣、脱氧；ⅣVD处理技术真空度≤67Pa，保持时间25分钟以上，破空，即时加覆盖剂。本高速动车车轴用钢的低磷控制方法制出的钢适用于高速动车车轴用钢。

Description

一种高速车轴用钢的低磷控制方法

技术领域

本发明涉及一种高速车轴用钢的低磷控制方法。

背景技术

铁路运输是交通运输的主要方式，我国铁路客、货运量居世界第一位。当列车运行速度提高后，不仅对线路的性能要求提高，对车体及各零件的性能要求也提到日程上来。当前，制约我国高速铁路发展的主要障碍之一在于车轴材料国产化进程滞后，过分依靠国外引进技术和产品，特别是对时速250km/h以上的高速列车用车轴关键材料缺乏技术储备。

高速动车用空心车轴是目前仍未国产化的零部件之一，制造动车车轴对钢材质量要求极高，要求钢质纯净度高，要求A、B、C、D类夹杂物均小于1级，磷是钢中有害杂质，磷能显著扩大液相和固相之间的两相区，容易在晶界偏析，使钢的局部组织异常，造成钢材“冷脆”，显著降低钢材的低温冲击韧性及回火脆性，造成机械性能不均匀；磷还会引起腐蚀疲劳和焊接开裂。由于电炉炼钢脱磷采用氧化法工艺，电炉出钢温度高，脱磷温度及时间很难控制，特别是中、高碳钢很难实现有效脱磷。

发明内容

为了克服现有高速车轴用钢的低磷控制方法的上述不足，本发明提供一种磷控制在不大于0.006%的一种高速车轴用钢的低磷控制方法。

本发明的技术方案主要是从电炉冶炼氧化脱磷，精炼、浇注过程防止增磷、回磷的方法，成功地生产出低磷高速动车空心车轴用钢。

本高速车轴用钢的低磷控制方法包括下述依次的步骤：

Ⅰ 铁水预处理

将含P≤0.105%，S≤0.050%，温度为1200℃～1400℃的铁水进行预处理，铁水预处理主要是脱硅、脱磷、脱硫，降低铁水中的有害元素磷、硫含量。

Ⅱ 电炉冶炼

将废钢和预处理后的铁水加入电炉冶炼，预处理的铁水重量比≥70%，废钢炉料中的P≤0.035%，熔池脱磷温度为1560—1580℃，在熔池形成后全程进行泡沫渣操作，泡沫渣工艺参数：FeO：12—20%；碱度：2.0—2.5%；渣层厚度：300—500mm，电炉出钢[C]≥0.08%，[P]≤0.004%。避免LF精炼过程中回磷，出钢时留钢、留渣，即出渣量为零，（即无渣出钢）。

Ⅲ LF精炼工艺

LF精炼全程底吹氩气，调整底吹氩气0.4-0.8MPa；采用高Al₂O₃含量（15-30%）的高碱度R（CaO/SiO₂）=4.0～6.0渣系进行造渣、脱氧，调整化学成分。

Ⅳ VD处理技术

真空度值≤67Pa，保持时间25分钟以上，破空，即时加覆盖剂（覆盖剂成分主要为25%CaO+30%SiO₂+15%Al₂O₃+20%MgO+5%C+2.5%TFe及其它）。

浇注：采用吹Ar气保护浇注。

本高速动车车轴用钢的低磷控制方法，其步骤特征是：

Ⅰ 铁水预处理

铁水预处理时，按照铁水量通过喷吹FeO粉、CaO＋CaF₂粉和氧气进

行铁水脱硅、脱磷、脱硫三脱预处理。经过铁水预处理后，铁水中 P≤0.070% S≤0.020%，温度为1250℃—1500℃。

Ⅱ 电炉冶炼

a　废钢和预处理铁水加入电炉后，电炉吹氧，要求电炉氧气吹气量0.85±0.1 m³/t··min，吹氧5分钟后，加入萤石、石灰造渣材料，每吨钢水加石灰18.4±2 Kg，萤石7.3±0.3 Kg，（原理是利用氧气将铁水中的碳、磷等元素快速氧化到一定含量范围，即进一步脱磷，并产生大量的化学反应热，使加入的废钢熔化并使钢水温度提高到规定值。）吹氧10-15分钟，测温取样，目标值C：0.6-1.0% ，T＝1580-1600℃，在熔池形成后进行泡沫渣操作（FeO：12-20%；碱度：2.0-2.5%），总吹氧时间25-35min。

b 初炼[P]＞0.004%时（即没有达到[P]≤0.004%时），及时放掉磷高的初渣，并补充新渣，防止温度升高后回磷，进行1-2次放渣、换渣操作。控制电炉出钢钢中[C]≥0.08%，[P]≤0.004%。停吹氧前3分钟，严禁加入石灰渣料，电炉出钢前，对所随钢包加入的铁合金和Si-Al-Ba、Al块、CaO造渣材料进行不小于30分钟的烘烤，然后将钢水倒入钢包中，钢水在钢包中进行初步合金化。

c 电炉出钢时立即开启氩气阀门，调整氩气量为0.5-0.8MPa，并随时调整阀门开度，阀门开度大小以钢水不裸露为准；进LF工位前，吨钢喂铝线1.8-2.0Kg，喂完线后出钢，进入LF工位。

Ⅲ LF精炼工艺

a 把装有钢水的钢包移到精炼工位，LF精炼过程采用高碱度

CaO-SiO₂-Al₂O₃渣系，控制熔渣碱度R（CaO/SiO₂）= 4.0～6.0。送电5-10分钟，当钢水温度≥1540℃时，吨钢加入1-1.5Kg/t电石进行造渣、脱氧。

b 高碱度渣保持25分钟后，蘸渣呈黄白或白色，色泽均匀，即可取样进行成分分析。

c 根据成分分析结果选用低磷铁合金调整化学成分。根据成分分析结果确定加入量，Mn、Cr按中上限控制，其余按中下限进行控制，（如高速动车车轴用德国牌号EA4T钢中C 、Si、Mn、P、S、Cr与Mo的控制要求分别为：C 0.22—0.29%；Si 0.15—0.40%；P≤0.010%； S≤0.007%；Mo 0.15—0.30%； Mn 0.50—0.80%；Cr 0.90—1.20%；）成分达到目标成分，温度达到1660℃—1690℃，即停电出钢，出钢时要求取渣样，观察渣子断面呈白色且色质均匀。

Ⅳ VD处理及浇注技术

钢液在67Pa以下保持25－30分钟，进行真空脱气。VD破空后，向钢液中喂入Ca-Si线，吨钢喂线量2－4米，定氢、软搅拌、测温，出钢，为防止钢水二次氧化及温度下降，出钢时加以CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO为主要成分的复合覆盖剂。

采用吹Ar气保护浇注，注前流钢，注后留钢。浇注温度为1560-1570℃；锭身平均浇注速度为：第1盘　锭身：14-16分钟；帽口的浇注速度8-10分钟。第2盘　锭身：11-14分钟；帽口的浇注速度大于5分钟。

通过上述处理，钢液中[P]≤60ppm。

本发明采取从铁水冶炼到浇钢过程的低磷控制措施，降低钢中的磷含量，使钢中磷达到0.006%或以下，净化钢质，提高高速动车车轴的综合性能，加快高速动车车轴的国产化。通过采用本发明的冶炼-精炼控磷方法，可以使钢中［P］≤6×10^-6，非金属夹杂物A类、B类、C类、D类夹杂物级别均不大于0.5级，实物质量达到进口车轴钢的冶金水平。特别适用于高速动车车轴用EA4T（德国牌号）钢。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本高速车轴用钢的脱磷方法的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于下述的实施例。

实施例

本实施例是在60吨高功率电炉上进行的，冶炼钢种为高速动车车轴用EA4T（德国牌号）钢其成品成分的质量百分比为：

C0.22-0.29%； Si 0.15-0.40%； Mn 0.50-0.80%； P≤0.020%；

S≤0.015%； Cr 0.90-1.20%； Mo 0.15-0.30%；余量为Fe及不可避免的杂质元素。

本实施例的步骤如下：

Ⅰ铁水预处理

铁水成分P：0.090%，S：0.045%，铁水温度为1356℃，按照60吨铁水通过喷吹FeO粉、CaO＋CaF₂粉和氧气进行三脱预处理，处理时间30min，

预处理后铁水温度为1260℃，铁水成分的质量百分比为：

C：4.14% Si：0.43% P：0.057%、S：0.011%，其余为余量为Fe及不可避免的杂质元素。

Ⅱ 电炉冶炼

a　把废钢15吨加入60吨高功率的电炉中，废钢中的P：0.016%、S：0.003%；再把46吨预处理后的铁水加入到同一电炉中。

加入铁水后开始吹氧助熔，电炉氧气吹气量0.85m³/t··min，吹氧5分钟后加入石灰1124 Kg，萤石468Kg。在冶炼过程中废钢和石灰、白云石迅速熔化，同时脱C、脱P。利用氧气将铁水中的碳、磷快速氧化，脱磷反应是钢渣界面反应，其总反应式：2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P₂O₅)+5[Fe]。吹氧12分钟后，测温取样，熔清时钢液温度1592℃，熔清化学成分：C=0.76%，Si=0.01%， Mn=0.12%，P=0.011%，S=0.031%，Cr=0.060%。碳与温度达到了脱磷规定目标值（C：0.6-1.0% ，T＝1580-1600℃），在熔池形成后全程进行泡沫渣操作，泡沫渣工艺参数：FeO：18%；碱度：2.4%；渣层厚度：430mm。总吹氧时间27min。

b 取样化学分析P=0.011%，初炼没有达到[P]≤0.004%，进行流渣、再加石灰1000 Kg，萤石400Kg造渣，10分钟后再取样，测P=0.004%，采用电炉偏心炉底出钢，电炉出钢[C]：0.10%、[P]：0.004%，（电炉出钢[C]≥0.08%，[P]≤0.004%。）出钢温度1670℃。避免LF精炼过程中回磷，停吹氧前3分钟，严禁加入石灰渣料，出钢时留钢、留渣，进行无渣出钢。把钢水倒入装有金属锰500kg、石灰300kg、萤石200Kg、合成渣200kg、硅铝钡200Kg、铬铁780Kg、钼铁280Kg并烘烤了33分钟的钢包精炼炉的钢包内，钢水在该钢包内进行钢水初步合金化，随钢流加铝丸70kg。

c 电炉出钢时立即开启氩气阀门，氩气达0.65MPa，视包内钢水翻动情况随时调整阀门开度,以钢液不裸露为准。喂铝线150米，喂完线进入LF工位。

出钢没有下氧化渣、留钢；电炉摇钢量60吨。

Ⅲ LF精炼工艺

a 把随钢流加入石灰、萤石、合成渣和硅铝钡后的钢包移到精炼工位，加石灰300kg，吨钢加入量达到6Kg，通电，调整氩气流量，压强控制在0.3MPaA，送电7分钟，钢水温度为1550℃，一次性加入电石75Kg，测定渣碱度为5.2，渣厚为70mm，形成高碱度渣，高碱度渣熔渣颜色为白色。

高碱度渣保持25分钟后，蘸渣呈黄白或白色，色泽均匀，即可取样进行成分分析,钢水的成分的质量百分比为：

C 0.18； Si 0.14； Mn 0.56； P 0.005； S 0.005； Cr 0.91； Mo 0.25；

余量为Fe及不可避免的杂质元素。

进一步进行成分微调，加碳线180米（14kg/100m）、选用磷含量为0.035%的低磷铁合金调整化学成分，加硅铁70kg、硅锰50kg、中铬200kg和钼铁90kg。成分达到目标成分，温度为1680℃时，进行停电出钢，出钢时取渣样，观察渣子断面呈白色且色质均匀，LF出钢成份的质量百分比为：

C 0.26； Si 0.27； Mn 0.71； P 0.006； S 0.001；Cr 1.10；

Mo 0.22；余量为Fe及不可避免的杂质元素。

ⅣVD处理技术

钢液在67Pa以下保持时间27分钟，进行真空脱气。VD破空后，向钢液中喂入Ca-Si线，喂线量150米，定氢仪定氢[H]为0.8ppm，吹Ar软搅拌10分钟，VD出钢，出钢时加以CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO为主要成分的复合覆盖剂260kg。出钢温度1549℃。

Ⅴ浇注

采用吹Ar气保护浇注，注前流钢，注后留钢，浇注8.4吨钢锭。控制注温注速，温度T＝1560℃；浇注时间为：锭身 12分钟30秒，帽口8分钟。

通过上述处理，钢液中[P]为60ppm。

脱磷结果：

采用本措施进行氧化期脱磷操作，生产的高速动车车轴用钢均取得了满意的脱磷效果，结果见表1：

表1　

钢种	脱磷时间（分）	原始[%P]（%）	脱磷结束时[%P]（%）
				EA4T	70	0.080	0.006

本实施方式可推广到高等级的中碳合金钢品种。

名词术语解释：

EBT－高功率电炉 LF－钢水精炼炉 VD－真空脱气装置。

Claims

1. 一种高速车轴用钢的低磷控制方法，它包括下述依次的步骤：

Ⅰ 铁水预处理

将含P≤0.105%，S≤0.050%，温度为1200℃～1400℃的铁水进行预处理，铁水预处理主要是脱硅、脱磷、脱硫，降低铁水中的有害元素磷、硫含量；

Ⅱ 电炉冶炼

将废钢和预处理后的铁水加入电炉冶炼，预处理的铁水重量比≥70%，废钢炉料中的P≤0.035%，熔池脱磷温度为1560—1580℃，在熔池形成后全程进行泡沫渣操作，泡沫渣工艺参数：FeO：12—20%；碱度：2.0—2.5；渣层厚度：300—500mm，电炉出钢[C]≥0.08%，[P]≤0.004%；避免LF精炼过程中回磷，出钢时留钢、留渣，即出渣量为零；

Ⅲ LF精炼工艺

LF精炼全程底吹氩气，调整底吹氩气0.4-0.8MPa；采用高Al₂O₃含量的高碱度R=4.0～6.0渣系进行造渣、脱氧，调整化学成分；

Ⅳ VD处理技术

真空度值≤67Pa，保持时间25分钟以上，破空，即时加覆盖剂;

其步骤特征是：

Ⅰ 铁水预处理

行铁水脱硅、脱磷、脱硫三脱预处理；经过铁水预处理后，铁水中 P≤0.070% S≤0.020%，温度为1250℃—1500℃；

Ⅱ 电炉冶炼

a　废钢和预处理铁水加入电炉后，电炉吹氧，要求电炉氧气吹气量0.85±0.1 m³/t··min，吹氧5分钟后，加入萤石、石灰造渣材料，每吨钢水加石灰18.4±2 Kg，萤石7.3±0.3 Kg，吹氧10-15分钟，测温取样，目标值C：0.6-1.0% ，T＝1580-1600℃，在熔池形成后进行泡沫渣操作，总吹氧时间25-35min；

b 初炼[P]＞0.004%时，及时放掉磷高的初渣，并补充新渣，防止温度升高后回磷，进行1-2次放渣、换渣操作；控制电炉出钢钢中[C]≥0.08%，[P]≤0.004%；停吹氧前3分钟，严禁加入石灰渣料，电炉出钢前，对所随钢包加入的铁合金和Si-Al-Ba、Al块、CaO造渣材料进行不小于30分钟的烘烤，然后将钢水倒入钢包中，钢水在钢包中进行初步合金化；

c 电炉出钢时立即开启氩气阀门，调整氩气量为0.5-0.8MPa，并随时调整阀门开度，阀门开度大小以钢水不裸露为准；进LF工位前，吨钢喂铝线1.8-2.0Kg，喂完线后出钢，进入LF工位；

Ⅲ LF精炼工艺

a 把装有钢水的钢包移到精炼工位，LF精炼过程采用高碱度

CaO-SiO₂-Al₂O₃渣系，控制熔渣碱度R= 4.0～6.0；送电5-10分钟，当钢水温度≥1540℃时，吨钢加入1-1.5Kg/t电石进行造渣、脱氧；

b 高碱度渣保持25分钟后，蘸渣呈黄白或白色，色泽均匀，即可取样进行成分分析；

c 根据成分分析结果选用低磷铁合金调整化学成分；根据成分分析结果确定加入量，Mn、Cr按中上限控制，其余按中下限进行控制，成分达到目标成分，温度达到1660℃—1690℃，即停电出钢，出钢时要求取渣样，观察渣子断面呈白色且色质均匀；

Ⅳ VD处理及浇注技术

钢液在67Pa以下保持25－30分钟，进行真空脱气；VD破空后，向钢液中喂入Ca-Si线，吨钢喂线量2－4米，定氢、软搅拌、测温，出钢，为防止钢水二次氧化及温度下降，出钢时加以CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO为主要成分的复合覆盖剂。