CN103397137A - 一种车轮钢的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种生产车轮钢的方法，所述车轮钢的钢液中夹杂物转变过程为：钢液中的夹杂物从脱氧产物Al2O3转变为MgO-Al2O3尖晶石夹杂物，然后钢液中的夹杂物转变为以簇群状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物，再是钢液中的夹杂物转变为以粒状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物，最后夹杂物转变为粒状Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的复合夹杂物。本发明提供的一种生产车轮钢的方法，能够降低夹杂物对钢基体的危害，在车轮钢的疲劳试验过程中，由于夹杂物引起的疲劳破坏记录能够降低至0.5%以下。
Description
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，特别涉及一种车轮钢的生产方法，适用于生产Mn质量分数要求为1.0%-2.0%的车轮钢。
背景技术
在车轮的使用过程中，车轮钢经受交变拉压力，在钢基体经受交变应力的情况下，钢中的夹杂物，尤其是有尖利棱角的夹杂物容易刺破钢基体并产生微裂纹，随着微裂纹的延展，最终导致车轮断裂，寿命终止。为了降低夹杂物对车轮钢的危害，钢厂大多采用对钢水进行钙处理，然后再通过各种方法去除夹杂物的工艺来降低钢液中夹杂物对车轮钢的影响。这种条件下钢中的夹杂物主要以钙铝酸盐为主，较单纯的氧化铝夹杂对钢基体疲劳性能的危害小，但是钢液中的钙铝酸盐类夹杂物很难完全去除，钢液中出现大颗粒夹杂物的概率仍然较高，因此夹杂物引起疲劳破坏的几率依旧保持在5%以上，很难大幅度降低夹杂物对车轮钢的危害。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够降低钢中夹杂物对钢材疲劳寿命的影响的车轮钢的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种车轮钢的生产方法，适用于Mn的质量分数要求为1.0%-2.0%的车轮钢，采用转炉冶炼→RH精炼→连续铸钢的生产工艺过程，所述车轮钢生产工艺过程中的技术参数及钢中夹杂物的转变过程如下：
1）转炉冶炼后在出钢开始至出钢量达到1/2期间向钢液中加入铝铁进行钢液脱氧，出钢量在1/2-4/5期间向钢液中加入5-10kg/t钢的小粒白灰和1-2kg/t钢的萤石对钢液除渣，转炉出钢结束后，采用顶枪吹氩气对钢液强搅，顶枪吹氩流量控制为800-1000NL/min，搅拌时间为5-8min，搅拌结束钢液中硫的质量分数为0.0020%-0.0080%，钢液中的夹杂物从脱氧产物Al2O3转变为MgO-Al2O3尖晶石夹杂物；
2）RH进站后，向钢液加入0.1-0.2kg/t钢的铝粒，然后向钢液中以100-200NL/t钢的吹氧量吹氧，吹氧结束后，钢液中的夹杂物转变为以簇群状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物；
3）吹氧结束后，控制RH真空循环时间20-30min，簇群状Al2O3夹杂物浮出钢液液面，钢液中的夹杂物转变为以粒状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物；
4）RH真空循环结束后对钢液进行浇注，所得铸坯中的夹杂物转变为粒状Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的复合夹杂物。
进一步地，所述以簇群状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物中，以质量百分比计，簇群状Al2O3夹杂物为80%-95%，粒状Al2O3夹杂物为5%-20%。
进一步地，所述以粒状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物中，以质量百分比计，粒状Al2O3夹杂物为98%-100%，簇群状Al2O3夹杂物为0-2%。
进一步地，所述粒状Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的复合夹杂物中，粒状Al2O3夹杂物的粒径＜5微米，所述复合夹杂物中所述MnS夹杂物的质量分数为20-40%。
进一步地，所述粒状Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的复合夹杂物中MnS夹杂物包裹在Al2O3夹杂物的周围。
本发明提供的一种车轮钢的生产方法，其特点在于：
（1）钢中夹杂物小尺寸化控制。由于不进行钙处理，钢液中不会出现大颗粒的铝酸钙夹杂物，因此大大降低了钢材中因大颗粒夹杂物引起的疲劳破坏的几率。
（2）对最终包裹在小颗粒Al2O3夹杂物周围的MnS夹杂物进行控制。通过转炉出钢过程加入造渣料，采用顶枪对钢液进行强搅拌5-8min后，钢液中的硫含量能够控制在0.0020%-0.0080%，有利于钢液凝固过程中形成MnS夹杂物，且控制粒状Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的复合夹杂物中MnS夹杂物的质量分数为20-40%。
（3）对粒状Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的复合夹杂物中小尺寸Al2O3夹杂物进行控制。在RH进站后，采用加铝粒吹氧的工艺，不仅有利于对钢液进行升温，弥补出钢结束后强搅拌引起的温度下降，而且还能使钢液中的夹杂物转变为簇群状Al2O3夹杂物，在真空处理过程中，簇群状Al2O3夹杂物容易上浮去除，在真空处理结束后，钢液中残留的夹杂物多为粒径小于5微米的Al2O3夹杂物。在此后的浇铸过程中，由于钢中Mn的质量分数控制在1.0%-2.0%，硫的质量分数控制在0.0020%-0.0080%，随着温度的降低，MnS夹杂物容易以Al2O3夹杂物为核心逐渐析出，最终在铸坯中形成以MnS夹杂物包裹Al2O3夹杂物的复合夹杂物。
（4）对粒状Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的复合夹杂物提高车轮钢抗疲劳性能进行控制。在车轮钢轧制和使用过程中，为了提高其抗疲劳性能，要避免如Al2O3类的高硬度、低变形能力夹杂物，并且此类夹杂物尺寸越大，对钢材的疲劳性能危害越大。由于MnS夹杂物附着在小尺寸的Al2O3夹杂物周围，MnS夹杂物在钢中的变形系数为1，即MnS夹杂物可以与钢基体同步变形，不会在夹杂物与钢基体之间形成微裂纹，避免了由于应力集中导致的钢基体疲劳破坏。因而，当MnS夹杂物包裹在小尺寸Al2O3夹杂物周围时，避免了Al2O3夹杂物与钢基体的直接接触，并且由于MnS夹杂物容易变形，在Al2O3夹杂物与钢基体之间起到润滑作用，避免了钢的加工和使用过程中Al2O3夹杂物刺破钢基体而降低钢材的疲劳寿命。
附图说明
图1为本发明实施例提供的生产的车轮钢铸坯中夹杂物的形貌图。
具体实施方式
本发明实施例提供的一种车轮钢的生产方法，适用于Mn的质量分数要求为1.0%-2.0%的车轮钢，采用转炉冶炼→RH精炼→连续铸钢的生产工艺过程，车轮钢的生产工艺过程中的技术参数及夹杂物转变过程如下：
1）转炉冶炼后在出钢开始至出钢量达到1/2期间向钢液中加入铝铁进行钢液脱氧，出钢量在1/2-4/5期间向钢液中加入小粒白灰5-10kg/t钢，加入萤石1-2kg/t钢，对钢液进行除渣。转炉出钢结束后，采用顶枪吹氩气对钢液强搅，顶枪吹氩流量控制为800-1000NL/min，搅拌时间为5-8min，搅拌结束钢液中硫的质量分数为0.0020%-0.0080%，钢液中的夹杂物从脱氧产物Al2O3转变为MgO-Al2O3尖晶石夹杂物；
2）RH进站后，向钢液加入铝粒，加入量为0.1-0.2kg/t钢，然后向钢液中吹氧，吹氧量控制在100-200NL/t钢，吹氧结束后，钢液中的夹杂物转变为以簇群状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物；
3）吹氧结束后，控制RH真空循环时间20-30min，簇群状Al2O3夹杂物迅速上浮，钢液中的夹杂物转变为以粒状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物；
4）RH真空循环结束后对钢液进行浇注，所得铸坯中的夹杂物最终为粒状Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的复合夹杂物。
其中，以簇群状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物中，以质量百分比计，簇群状Al2O3夹杂物为80%-95%，粒状Al2O3夹杂物为5%-20%。
其中，以粒状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物中，以质量百分比计，粒状Al2O3夹杂物为98%-100%，簇群状Al2O3夹杂物为0-2%。
其中，粒状Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的复合夹杂物中，粒状Al2O3夹杂物的粒径＜5微米，复合夹杂物中MnS夹杂物的质量分数为20-40%。
其中，粒状Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的复合夹杂物中MnS夹杂物包裹在Al2O3夹杂物的周围。
以下通过采用210吨顶底复吹转炉和RH精炼炉进行冶炼的实施例对本发明作具体说明。
实施例1
1）转炉冶炼后进行出钢，在出钢量达到钢液的1/3时向钢液中加入铝铁1100kg对钢液脱氧，在出钢量达到3/4时向钢液中加入小粒白灰1300kg和萤石300kg，对钢液进行除渣；其中铝铁中铝的质量分数为40%。出钢结束后，进行顶枪吹氩气强搅拌钢液8min，氩气流量控制为800NL/min；此时钢液中硫的质量分数控制为0.0028%，钢液中的夹杂物从脱氧产物Al2O3转变为MgO-Al2O3尖晶石夹杂物。
2）在RH进站后，将RH真空精炼炉的真空压力控制在100Pa，向钢液加入铝粒40kg，然后向钢液中吹氧40m3，吹氧结束后，钢液中的夹杂物转变为以簇群状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物，以质量百分比计，其中簇群状Al2O3夹杂物为85%，粒状Al2O3夹杂物为15%。
3）吹氧结束后，保持RH真空循环时间20min，簇群状Al2O3夹杂物迅速上浮浮出钢液液面，钢液中的夹杂物转变为以粒状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物，以质量百分比计，其中粒状Al2O3夹杂物为99%，簇群状Al2O3夹杂物为1%。
4）RH真空循环结束后对钢液进行浇注，浇铸成断面为1500mm×230mm的铸坯，然后再将铸坯轧制为12mm的板卷，所得铸坯中的夹杂物最终为粒状Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的复合夹杂物。
5）将得到的车轮钢进行抗疲劳试验，合格率为100%。
实施例2
1）转炉冶炼后进行出钢，在出钢量达到钢液的1/2时向钢液中加入铝铁1200kg对钢液脱氧，在出钢量达到4/5时向钢液中加入小粒白灰1800kg和萤石250kg，对钢液进行除渣；其中铝铁中铝的质量分数为40%。出钢结束后，进行顶枪吹氩气强搅拌钢液6min，氩气流量控制为800NL/min；此时钢液中硫的质量分数控制为0.0020%，钢液中的夹杂物从脱氧产物Al2O3转变为MgO-Al2O3尖晶石夹杂物。
2）在RH进站后，将RH真空精炼炉的真空压力控制在100Pa，向钢液加入铝粒30kg，然后向钢液中吹氧30m3，吹氧结束后，钢液中的夹杂物转变为以簇群状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物，以质量百分比计，其中簇群状Al2O3夹杂物为90%，粒状Al2O3夹杂物为10%。
3）吹氧结束后，保持RH真空循环时间25min，簇群状Al2O3夹杂物迅速上浮浮出钢液液面，钢液中的夹杂物转变为以粒状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物，以质量百分比计，其中粒状Al2O3夹杂物为98%，簇群状Al2O3夹杂物为2%。
4）RH真空循环结束后对钢液进行浇注，浇铸成断面为1500mm×230mm的铸坯，然后再将铸坯轧制为12mm的板卷，所得铸坯中的夹杂物最终为粒状Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的复合夹杂物。
5）将得到的车轮钢进行抗疲劳试验，合格率为100%。
实施例3
1）转炉冶炼后进行出钢，在出钢量达到钢液的2/5时向钢液中加入铝铁1100kg对钢液脱氧，在出钢量达到3/5时向钢液中加入小粒白灰1050kg和萤石210kg，对钢液进行除渣；其中铝铁中铝的质量分数为40%。出钢结束后，进行顶枪吹氩气强搅拌钢液5min，氩气流量控制为900NL/min；此时钢液中硫的质量分数控制为0.0020%，钢液中的夹杂物从脱氧产物Al2O3转变为MgO-Al2O3尖晶石夹杂物。
2）在RH进站后，将RH真空精炼炉的真空压力控制在100Pa，向钢液加入铝粒21kg，然后向钢液中吹氧21m3，吹氧结束后，钢液中的夹杂物转变为以簇群状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物，以质量百分比计，其中簇群状Al2O3夹杂物为95%，粒状Al2O3夹杂物为5%。
3）吹氧结束后，保持RH真空循环时间20min，簇群状Al2O3夹杂物迅速上浮浮出钢液液面，钢液中的夹杂物转变为粒状Al2O3夹杂物。
4）RH真空循环结束后对钢液进行浇注，浇铸成断面为1500mm×230mm的铸坯，然后再将铸坯轧制为12mm的板卷，所得铸坯中的夹杂物最终为粒状Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的复合夹杂物。
5）将得到的车轮钢进行抗疲劳试验，合格率为100%。
实施例4
1）转炉冶炼后进行出钢，在出钢量达到钢液的1/4时向钢液中加入铝铁840kg对钢液脱氧，在出钢量达到2/3时向钢液中加入小粒白灰2100kg和萤石420kg，对钢液进行除渣；其中铝铁中铝的质量分数为40%。出钢结束后，进行顶枪吹氩气强搅拌钢液8min，氩气流量控制为1000NL/min；此时钢液中硫的质量分数控制为0.0018%，钢液中的夹杂物从脱氧产物Al2O3转变为MgO-Al2O3尖晶石夹杂物。
2）在RH进站后，将RH真空精炼炉的真空压力控制在100Pa，向钢液加入铝粒42kg，然后向钢液中吹氧42m3，吹氧结束后，钢液中的夹杂物转变为以簇群状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物，以质量百分比计，其中簇群状Al2O3夹杂物为90%，粒状Al2O3夹杂物为10%。
3）吹氧结束后，保持RH真空循环时间30min，簇群状Al2O3夹杂物迅速上浮浮出钢液液面，钢液中的夹杂物转变为以粒状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物，以质量百分比计，其中粒状Al2O3夹杂物为98.5%，簇群状Al2O3夹杂物为1.5%。
4）RH真空循环结束后对钢液进行浇注，浇铸成断面为1500mm×230mm的铸坯，然后再将铸坯轧制为12mm的板卷，所得铸坯中的夹杂物最终为粒状Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的复合夹杂物。
5）将得到的车轮钢进行抗疲劳试验，合格率为100%。
本发明提供的一种车轮钢的生产方法，在冶炼过程中，通过夹杂物的控制转变，最终在铸坯中将夹杂物转变为Al2O3夹杂物与MnS夹杂物组成的复合夹杂物。参见图1，从本发明实施例提供的车轮钢铸坯中夹杂物的形貌图可以看出，铸坯中的MnS夹杂物包裹在小尺寸的Al2O3夹杂物周围，避免了高硬度、低变形能力的Al2O3夹杂物与钢基体直接接触而危害钢材的疲劳性能，并且由于MnS夹杂物容易变形，在Al2O3夹杂物与钢基体之间起到润滑作用，避免了钢的加工和使用过程中Al2O3夹杂物刺破钢基体而降低钢材的疲劳寿命。在钢材的实际生产应用中，通过钢材抗疲劳试验表明，Al2O3夹杂物与MnS夹杂物组成的复合夹杂物引起的钢的疲劳破坏几率可大幅度降低至0.5%以下。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种车轮钢的生产方法，适用于Mn的质量分数要求为1.0%-2.0%的车轮钢，采用转炉冶炼→RH精炼→连续铸钢的生产工艺过程，其特征在于，所述车轮钢生产工艺过程中的技术参数及钢中夹杂物的转变过程如下：
1）转炉冶炼后在出钢开始至出钢量达到1/2期间向钢液中加入铝铁对所述钢液脱氧，出钢量在1/2-4/5期间向所述钢液中加入5-10kg/t钢的小粒白灰和1-2kg/t钢的萤石对所述钢液除渣，转炉出钢结束后，采用顶枪吹氩气对所述钢液强搅，顶枪吹氩流量控制为800-1000NL/min，搅拌时间为5-8min，搅拌结束所述钢液中硫的质量分数为0.0020%-0.0080%，所述钢液中的夹杂物从脱氧产物Al2O3转变为MgO-Al2O3尖晶石夹杂物；
2）RH进站后，向所述钢液中加入0.1-0.2kg/t钢的铝粒，然后向所述钢液中以100-200NL/t钢的吹氧量吹氧，吹氧结束后，所述钢液中的夹杂物转变为以簇群状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物；
3）吹氧结束后，控制RH真空循环时间20-30min，簇群状Al2O3夹杂物浮出所述钢液液面，所述钢液中的夹杂物转变为以粒状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物；
4）RH真空循环结束后对所述钢液进行浇注，所得铸坯中的夹杂物转变为粒状Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的复合夹杂物。
2.根据权利要求1所述的车轮钢的生产方法，其特征在于：所述以簇群状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物中，以质量百分比计，所述簇群状Al2O3夹杂物为80%-95%，所述粒状Al2O3夹杂物为5%-20%。
3.根据权利要求1所述的车轮钢的生产方法，其特征在于：所述以粒状Al2O3夹杂物为主的簇群状Al2O3夹杂物和粒状Al2O3夹杂物的混合夹杂物中，以质量百分比计，所述粒状Al2O3夹杂物为98%-100%，所述簇群状Al2O3夹杂物为0-2%。
4.根据权利要求1所述的车轮钢的生产方法，其特征在于：所述粒状Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的复合夹杂物中，所述粒状Al2O3夹杂物的粒径＜5微米，所述复合夹杂物中所述MnS夹杂物的质量分数为20-40%。
5.根据权利要求4所述的车轮钢的生产方法，其特征在于：所述粒状Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的复合夹杂物中所述MnS夹杂物包裹在所述Al2O3夹杂物的表面。
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