CN106475542A - 一种车轴钢及其连铸方法 - Google Patents

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陈永
杨文中
曾建华
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陈雄
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Abstract

本发明属于汽车用钢技术领域，具体涉及一种车轴钢及其连铸方法。本发明方法包括：a、采用连铸机进行铸造，铸坯拉速为0.45m/min～0.65m/min，结晶器和凝固末端均采用电磁搅拌；b、保证连铸过程中中间包钢水的过热度在20℃～30℃；c、采用凝固末端大压下技术，增加连铸坯凝固末端压下量；d、采用动态二冷控制技术，保证铸坯受冷过程均匀、稳定；e、二冷采用后区强冷的二冷制度，同时提高冷却强度，比水量为0.40kg/t钢～0.50kg/t钢；铸坯矫直区域表面温度为800℃～900℃。本发明车轴钢的连铸方法，可显著提高铸坯致密度与均质度。

Description

一种车轴钢及其连铸方法
技术领域
本发明属于汽车用钢技术领域，具体涉及一种车轴钢及其连铸方法。
背景技术
车轴是铁道车辆走行的重要部件，其质量状态直接关系到车辆的承载能力和运输安全。由于车轴钢是中碳钢，在铸坯凝固的过程中，树枝晶较发达，铸坯芯部容易形成枝晶“搭桥”，当桥下面包围的液体凝固时，阻止了液相穴内桥上部钢水的补充，这样桥下面钢水凝固过程就像一个小钢锭凝固过程一样，产生疏松缩孔。因此如何提高车轴钢铸坯中心致密度是连铸生产该类钢种的关键技术之一。
申请号为“201210503475.3”，发明名称为“一种改善特厚板坯中心偏析和中心疏松的大压下技术”，公开了一种改善特厚板坯中心偏析和中心疏松的大压下技术，其特征在于：连铸板坯凝固末端3个扇形段液压缸的油缸压力为1800～2500KN；根据钢种凝固特性，控制钢水过热度在10～35℃,铸机拉速在0.6m/min～1.0m/min之间，控制二冷区比水量为0.4～0.6L/kg，在其中一个扇形段实施大压下，压下量为5.0～12.0mm，其它两个扇形段实施轻压下，压下量2～3mm。此专利发明主要针对特厚板坯，对特厚板坯质量的改善有一定好处，未针对方坯或车轴钢方坯的中心致密度提出技术措施。
申请号为“200810171563.1”，发明名称为“一种车轴钢及其制备方法”，该专利公开了一种车轴钢，其中，该车轴钢的化学成分为：以该车轴钢总重量为基准，以单质计，C0.47～0.54重量％、Si 0.2～0.4重量％、Mn 0.7～0.9重量％、P≤0.02重量％、S≤0.02重量％、Al 0.02～0.04重量％、V 0.02～0.06重量％、Cr 0.15～0.3重量％、Ni≤0.2重量％、Cu≤0.2重量％、H≤0.00025重量％，O≤0.002重量％，N≤0.007重量％，余量为铁和杂质。本发明提供了一种车轴钢的制备方法。此专利发明侧重在于车轴钢成分控制及冶炼方法，未针对车轴钢连铸及提高铸坯质量提出技术措施。
申请号为“200810176429.0”，发明名称为“车轴钢连铸方法”，该方法包括将钢水从中间包浇注至结晶器，形成未完全凝固的车轴钢铸坯，然后将该未完全凝固的车轴钢铸坯以拉速V从结晶器中拉出并依次经过二冷区和空冷区，得到完全凝固的车轴钢铸坯，其中，该方法还包括使用依次设置在空冷区的多个轻压下机架中的至少一个对所述未完全凝固的车轴钢铸坯实施轻压下的轻压下过程，所述未完全凝固的车轴钢铸坯在所述轻压下过程中的中心固相率fs保持在0.2～0.95。对中心固相率为0.2～0.95的未完全凝固的车轴钢铸坯进行轻压下，可以消除或减少因铸坯收缩形成的内部空隙来防止晶间富集溶质的钢液向铸坯中心横向流动，并促使液相中心富集溶质的钢液沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢液中重新分配，改善中心偏析。次发明专利应用了动态轻压下技术来减轻铸坯中心疏松和缩孔，但对于断面较大的铸坯，轻压下压下量不够，以至于挤压排出溶质偏析钢液较少，不能完全焊合中心缩孔，铸坯致密度提高有限。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种改善车轴钢钢铸坯内部质量的连铸方法。
本发明一种车轴钢的连铸方法，包括以下步骤：
a、采用连铸机进行铸造，铸坯拉速为0.45m/min～0.65m/min，结晶器和凝固末端均采用电磁搅拌；
b、保证连铸过程中中间包钢水的过热度在20℃～30℃；
c、采用凝固末端大压下技术，增加连铸坯凝固末端压下量；根据连铸坯凝固补缩原理，其压下量由(Ⅰ)式得出：
(Ⅰ)
其中，Ri是第i个拉矫机的表面压下量，mm；
Ai是第i个与第i-1个压下位置间铸坯凝固收缩横截面积，mm2；
Xi是第i个拉矫机下的铸坯宽度，mm；
ρl是钢液密度，kg/m3；
ηi是第i个拉矫机下的压下效率；
d、采用动态二冷控制技术，保证铸坯受冷过程均匀、稳定；
e、二冷采用后区强冷的二冷制度，同时提高冷却强度，比水量为0.40kg/t钢～0.50kg/t钢；铸坯矫直区域表面温度为800℃～900℃。
进一步的，上述一种车轴钢的连铸方法，其中a步骤中铸坯拉速优选为0.52m/min。
上述一种车轴钢的连铸方法，其中a步骤中结晶器采用500A、2.4Hz电磁搅拌。
上述一种车轴钢的连铸方法，其中a步骤中凝固末端采用350A、7Hz的电磁搅拌。
上述一种车轴钢的连铸方法，其中c步骤中增加连铸坯凝固末端压下量的具体工艺参数为：压下速率为0.8～2.4mm/min，压下区间长度为4.0m～8.0m，压下辊子数量为4～7个，单辊最大压下量为5.0mm～6.5mm；铸坯凝固末端平辊压下结束后，采用凸型辊进行末端凸型辊大压下，凸型辊压下速率为3～8mm/min，压下区间长度为1.0m～2.0m，压下量为10.0mm～15.0mm。
进一步的，上述一种车轴钢的连铸方法，其中c步骤中增加连铸坯凝固末端压下量的具体工艺参数优选为：压下速率为1.5mm/min，压下区间长度为7.7m，压下辊子数量为6个，单辊最大压下量为5.5mm；凸型辊压下量为13mm。
上述一种车轴钢的连铸方法，其中d步骤中动态二冷控制技术具体为：一区水量占13～15％，冷却强度145～150L/(min·m2)；二区水量占23～25％，冷却强度32～37L/(min·m2)；三区水量占18～20％，冷却强度22～27L/(min·m2)；四区水量占40～45％，冷却强度15～17L/(min·m2)。
进一步的，上述一种车轴钢的连铸方法，其中e步骤中比水量为0.45kg/t钢。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种车轴钢。
本发明车轴钢的连铸方法，具有操作简单、使用效果好等优点，可显著提高铸坯致密度与均质度，铸坯内部中心疏松、中心偏析、中心缩孔低倍评级中，小于等于1.0级的比例占99.0％以上，大于等于1.5级的比例占1.0％以下。本发明方法完善了大方坯连铸的压下工艺，确保了大方坯工艺顺行进行，产品质量持续提高，具有非常明显的技术和经济效益，预计年收益在500万以上。
具体实施方式
本发明一种车轴钢的连铸方法，包括以下步骤：
a、在连铸生产LZ50车轴钢过程中，从钢水开浇起，要求钢包到中间包、中间包到结晶器采用全程加保护套管保护浇注，采用连铸机进行铸造，稳定控制铸坯拉速为0.45m/min～0.65m/min，结晶器和凝固末端均采用电磁搅拌；
b、通过采用LF精炼炉等精炼设备处理钢水，控制连铸钢水浇注温度稳定，保证连铸过程中中间包钢水的过热度控制在20℃～30℃之间；
c、采用凝固末端大压下技术，增加连铸坯凝固末端压下量，以挤压排出溶质偏析钢液，同时焊合中心缩孔，提高铸坯中心致密度；根据连铸坯凝固补缩原理，其压下量由(Ⅰ)式得出：
(Ⅰ)
其中，Ri是第i个拉矫机的表面压下量，mm；
Ai是第i个与第i-1个压下位置间铸坯凝固收缩横截面积，mm2；
Xi是第i个拉矫机下的铸坯宽度，mm；
ρl是钢液密度，kg/m3；
ηi是第i个拉矫机下的压下效率；
ΔAi可以根据凝固传热模型计算得到；
ηi可以根据黏弹塑性热力耦合模型计算得到；
除压下效率外，其它各项计算得到为液芯压下量，即液芯需要补缩的压下量；
试验时，第一炉开浇后，液芯到第2个拉矫辊时开始投运重压下，其中压下模式见下表1所示：
表1 U78CrV连铸坯压下量分布
d、采用动态二冷控制技术，使连铸二次冷却水量并不随拉速变化而瞬时变化，而是将基本水量和铸坯的“平均拉速”相联系，即将各二冷区内铸坯“寿命”和当前位置相结合，保证铸坯受冷过程均匀、稳定；
e、二冷采用后区强冷的二冷制度，同时提高冷却强度，比水量为0.40kg/t钢～0.50kg/t钢；铸坯矫直区域的表面温度为800℃～900℃，保证良好铸坯表面质量。
进一步的，上述一种车轴钢的连铸方法，其中a步骤中铸坯拉速优选为0.52m/min。
上述一种车轴钢的连铸方法，其中a步骤中结晶器采用500A、2.4Hz电磁搅拌。
上述一种车轴钢的连铸方法，其中a步骤中凝固末端采用350A、7Hz的电磁搅拌。
上述一种车轴钢的连铸方法，其中c步骤中增加连铸坯凝固末端压下量的具体工艺参数为：压下速率为0.8～2.4mm/min，压下区间长度为4.0m～8.0m，压下辊子数量为4～7个，单辊最大压下量为5.0mm～6.5mm；铸坯凝固末端平辊压下结束后，采用凸型辊进行末端凸型辊大压下，凸型辊压下速率为3～8mm/min，压下区间长度为1.0m～2.0m，压下量为10.0mm～15.0mm。
进一步的，上述一种车轴钢的连铸方法，其中c步骤中增加连铸坯凝固末端压下量的具体工艺参数优选为：压下速率为1.5mm/min，压下区间长度为7.7m，压下辊子数量为6个，单辊最大压下量为5.5mm；凸型辊压下量为13mm。
上述一种车轴钢的连铸方法，其中d步骤中动态二冷控制技术具体为：一区水量占13～15％，冷却强度145～150L/(min·m2)；二区水量占23～25％，冷却强度32～37L/(min·m2)；三区水量占18～20％，冷却强度22～27L/(min·m2)；四区水量占40～45％，冷却强度15～17L/(min·m2)。
进一步的，上述一种车轴钢的连铸方法，其中e步骤中比水量为0.45kg/t钢。
本发明车轴钢的连铸方法，主要是通过稳定铸机拉速、采用中间包低过热度浇注、二冷动态控制、凝固末端大压下控制等技术措施综合运用，来提高大方坯生产的车轴钢铸坯中心致密度。
本发明还提供一种车轴钢，该车轴钢是由上述连铸方法制备得到的，其中心致密度较高，整体质量好，能够很好地满足车轴的使用要求。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
该实施例是运用本发明的连铸方法来提高LZ50车轴钢铸坯中心致密度，具体为：
连铸生产横断面尺寸为360mm×450mm的LZ50大方坯，铸机拉速为0.52m/min，并保持拉速稳定不变，中间包钢水过热度为25℃，浇注过程采用了二冷动态控制，二冷比水量为0.45kg/t钢；采用了凝固末端大压下控制，压下速率为1.5mm/min，压下区间长度为7.7m，压下辊数为6个，总压下量31mm，2#辊压下量1.0mm，3#辊压下量1.5mm，4#辊压下量5.5mm，5#辊压下量5.0mm，6#辊压下量5.0mm，7#辊压下量13.0mm。
浇注完毕后，对大方坯铸坯内部质量进行低倍检验，检查结果表明，铸坯横向低倍无中心缩孔比例为100％，中心疏松缺陷评级为≤1.0级比例为100％，中心偏析≤0.5级的比例为100％，因铸坯中心疏松、中心偏析严重造成车轴钢改钢率为0％。
实施例2
该实施例是运用本发明的连铸方法来提高U78CrV车轴钢铸坯中心致密度，具体为：
连铸生产横断面尺寸为360mm×450mm的U78CrV大方坯，铸机拉速为0.45m/min，并保持拉速稳定不变，中间包钢水过热度为20℃，浇注过程采用了二冷动态控制，二冷比水量为0.40kg/t钢；采用了凝固末端大压下控制，压下速率为1.0mm/min，压下区间长度为5.2m，压下辊数为5个，总压下量27.5mm，2#辊压下量1.0mm，3#辊压下量2.5mm，4#辊压下量4.5mm，5#辊压下量3.5mm，6#辊压下量6.0mm，7#辊压下量10.0mm。
浇注完毕后，对大方坯铸坯内部质量进行低倍检验，检查结果表明，铸坯横向低倍无中心缩孔比例为100％，中心疏松缺陷评级为≤1.0级比例为100％，中心偏析≤0.5级的比例为100％，因铸坯中心疏松、中心偏析严重造成车轴钢改钢率为0％。
实施例3
该实施例是运用本发明的连铸方法来提高45#车轴钢铸坯中心致密度，具体为：
连铸生产横断面尺寸为360mm×450mm的45#钢大方坯，铸机拉速为0.65m/min，并保持拉速稳定不变，中间包钢水过热度为30℃，浇注过程采用了二冷动态控制，二冷比水量为0.50kg/t钢；采用了凝固末端大压下控制，压下速率为2.3mm/min，压下区间长度为4.5m，压下辊数为4个，总压下量32mm，2#辊压下量1.0mm，3#辊压下量3.5mm，4#辊压下量3.5mm，5#辊压下量4.5mm，6#辊压下量4.5mm，7#辊压下量15.0mm。
浇注完毕后，对大方坯铸坯内部质量进行低倍检验，检查结果表明，铸坯横向低倍无中心缩孔比例为100％，中心疏松缺陷评级为≤1.0级比例为100％，中心偏析≤0.5级的比例为100％，因铸坯中心疏松、中心偏析严重造成车轴钢改钢率为0％。
对比例1
该实施例是采用普通连铸方法，压下方式采用轻压下，具体为：
连铸生产横断面尺寸为360mm×450mm的LZ50大方坯，铸机拉速为0.50m/min，并保持拉速稳定不变，中间包钢水过热度为28℃，浇注过程采用了二冷动态控制，二冷比水量为0.45kg/t钢；采用了凝固末端大压下控制，压下速率为0.5mm/min，压下区间长度为7.7m，压下辊数为6个，总压下量7.91mm，2#辊压下量1.05mm，3#辊压下量1.58mm，4#辊压下量1.77mm，5#辊压下量1.56mm，6#辊压下量1.21mm，7#辊压下量0.76mm。
浇注完毕后，对大方坯铸坯内部质量进行低倍检验，检查结果表明，铸坯横向低倍无中心缩孔比例仅69％，中心疏松缺陷评级为≤1.0级比例为58％，中心偏析≤0.5级的比例为64％，因铸坯中心疏松、中心偏析严重造成车轴钢改钢率达到67％。

Claims (9)

1.一种车轴钢的连铸方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、采用连铸机进行铸造，铸坯拉速为0.45m/min～0.65m/min，结晶器和凝固末端均采用电磁搅拌；
b、保证连铸过程中中间包钢水的过热度在20℃～30℃；
c、采用凝固末端大压下技术，增加连铸坯凝固末端压下量；根据连铸坯凝固补缩原理，其压下量由(Ⅰ)式得出：
(Ⅰ)
其中，Ri是第i个拉矫机的表面压下量，mm；
Ai是第i个与第i-1个压下位置间铸坯凝固收缩横截面积，mm2；
Xi是第i个拉矫机下的铸坯宽度，mm；
ρl是钢液密度，kg/m3；
ηi是第i个拉矫机下的压下效率；
d、采用动态二冷控制技术，保证铸坯受冷过程均匀、稳定；
e、二冷采用后区强冷的二冷制度，同时提高冷却强度，比水量为0.40kg/t钢～0.50kg/t钢；铸坯矫直区域表面温度为800℃～900℃。
2.根据权利要求1所述一种车轴钢的连铸方法，其特征在于：a步骤中铸坯拉速为0.52m/min。
3.根据权利要求1或2所述一种车轴钢的连铸方法，其特征在于：a步骤结晶器采用500A、2.4Hz电磁搅拌。
4.根据权利要求1或2所述一种车轴钢的连铸方法，其特征在于：a步骤中凝固末端采用350A、7Hz的电磁搅拌。
5.根据权利要求1所述一种车轴钢的连铸方法，其特征在于：c步骤中增加连铸坯凝固末端压下量的具体工艺参数为：压下速率为0.8～2.4mm/min，压下区间长度为4.0m～8.0m，压下辊子数量为4～7个，单辊最大压下量为5.0mm～6.5mm；铸坯凝固末端平辊压下结束后，采用凸型辊进行末端凸型辊大压下，凸型辊压下速率为3～8mm/min，压下区间长度为1.0m～2.0m，压下量为10.0mm～15.0mm。
6.根据权利要求5所述一种车轴钢的连铸方法，其特征在于：压下速率为1.5mm/min，压下区间长度为7.7m，压下辊子数量为6个，单辊最大压下量为5.5mm；凸型辊压下量为13mm。
7.根据权利要求1所述一种车轴钢的连铸方法，其特征在于：d步骤中动态二冷控制技术具体为：一区水量占13～15％，冷却强度145～150L/(min·m2)；二区水量占23～25％，冷却强度32～37L/(min·m2)；三区水量占18～20％，冷却强度22～27L/(min·m2)；四区水量占40～45％，冷却强度15～17L/(min·m2)。
8.根据权利要求1所述一种车轴钢的连铸方法，其特征在于：e步骤中比水量为0.45kg/t钢。
9.权利要求1～8任一项所述连铸方法铸造的车轴钢。
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