CN114058784A - 用于钢轨生产的含镁复合包芯线、钢轨及其生产方法 - Google Patents

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CN114058784A CN202111330725.3A CN202111330725A CN114058784A CN 114058784 A CN114058784 A CN 114058784A CN 202111330725 A CN202111330725 A CN 202111330725A CN 114058784 A CN114058784 A CN 114058784A
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Abstract

本发明公开了一种用于钢轨生产的含镁复合包芯线、钢轨及其生产方法，含镁复合包芯线包括外皮和包裹在外皮内的芯粉，所述芯粉为均匀混合的Mg、Si、碳酸钙及Fe，所述外皮为无铝低碳钢带。生产方法包括转炉工序、LF工序、RH精炼工序和连铸工序，其中，所述RH精炼工序中，向钢包内喂入含镁复合包芯线，其中，所述含镁复合包芯线的加入量为2‑6m/吨钢。本发明通过含镁复合包芯线的使用，可以在钢中生成大量弥散分布的微小夹杂物，即在重轨钢中形成大量弥散分布的MgO质点，作为形核核心，抑制MnS及其他类夹杂物的长大，降低大颗粒夹杂物出现的情况，从而细化钢中夹杂物评级，采用本申请得到的钢轨，夹杂物评级中，A类≤1.5级，其他各类≤1.0级。

Description

用于钢轨生产的含镁复合包芯线、钢轨及其生产方法
技术领域
本发明涉及钢轨生产技术领域，尤其涉及一种用于钢轨生产的含镁复合包芯线、钢轨及其生产方法。
背景技术
钢轨是铁路的重要组成部件之一，在铁路运输过程中与车轮接触，对机车提供有效支撑及引导，需承受来自车轮的巨大垂向压力和很强的横向摩擦力。现代铁路运输正以迅猛的速度发展，特别是我国铁路运输不断趋向高速化、重载化，对钢轨质量提出了更加严格的要求。钢轨在与车轮接触的时候，承受着机车回环往复且多变的载荷，其纯净度对于钢轨疲劳寿命有着重要影响。由于硅酸盐夹杂具有低熔点的特点，其在冶炼过程中难以上浮去除，因此容易在铸坯凝固过程聚集长大，在钢轨轧制过程被延展拉长，割裂钢的基体，影响钢材的使用寿命。
由于非金属夹杂物对钢材基体组织连续性的阻碍作用，使得钢材在轧制加工、热处理以及使用过程中与夹杂物发生分离，导致孔洞、缝隙等缺陷产生，对钢材力学性能、抗腐蚀性等指标产生消极影响。特别地，对于钢轨的生产，其大变形量轧制、复杂的热处理工艺、特殊的受力条件及气候环境等一系列影响因素，更为直接地对服务寿命产生了不良影响。而针对重轨钢中非金属夹杂物的控制，一直是冶金工作者研究的对象。
基于此，现有技术仍然有待改进。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提出一种用于钢轨生产的含镁复合包芯线、钢轨及其生产方法，以解决现有技术的钢轨生产中的夹杂物控制的技术问题。
一方面，本发明实施例所公开的一种用于钢轨生产的含镁复合包芯线，其包括外皮和包裹在外皮内的芯粉，所述芯粉为均匀混合的Mg、Si、碳酸钙及Fe，所述外皮为无铝低碳钢带。
进一步地，所述无铝低碳钢带的厚度为1-2mm；所述含镁复合包芯线的直径为10-15mm。
进一步地，以重量百分含量计，所述芯粉由以下组分组成：
Mg：5％-20％，Si：25％-35％，碳酸钙:5％-15％，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，所述芯粉的颗粒粒径为1-3mm；
和/或，所述芯粉的重量为120-200g/m，所述外皮重量为200-300g/m。
另一方面，本发明实施例还公开了一种钢轨的生产方法，依次包括：转炉工序、LF工序、RH精炼工序和连铸工序，其中，所述RH精炼工序中，向钢包内喂入上述的含镁复合包芯线，其中，所述含镁复合包芯线的加入量为2-6m/吨钢。
进一步地，所述RH精炼工序中：
保证真空度≤3mbar时间≥10min，再向钢包内喂入所述含镁复合包芯线，加入量为2-6m/吨钢，喂入完成后向钢包内吹氩气5-8min。
进一步地，所述转炉工序的出钢过程中，进行硅钙钡合金脱氧，加入量为2-4kg/t钢，活性石灰加入量2-4kg/t钢；
和/或，
所述LF工序中，向钢包内加入活性石灰3-5kg/t钢、调渣剂2-4kg/t钢、铝灰1-3kg/t钢进行造渣，并且，LF工序的出站钢包的渣碱度控制在2-4， Al2O3含量控制在10％-15％；
和/或，所述连铸工序为方坯连铸，且长水口采用大流量吹氩气保护浇铸，连铸过程拉速0.60-0.80m/min，过热度10-40℃。
进一步地，以质量分数计，所述调渣剂为SiO2 40％-50％和CaO40％-50％，余量为杂质。
进一步地，以质量分数计，所述铝灰中，氧化铝含量≥75％，CaO 5％-10％，SiO25％-10％，余量为杂质。
本发明实施例还公开了一种钢轨，其采用上述的生产方法制得。
采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：
本发明通过含镁复合包芯线的使用，可以在钢中生成大量弥散分布的微小夹杂物，即在重轨钢中形成大量弥散分布的MgO质点，作为形核核心，抑制MnS及其他类夹杂物的长大，降低大颗粒夹杂物出现的情况，从而细化钢中夹杂物评级，采用本申请得到的钢轨，夹杂物评级中，A类≤1.5级，其他各类≤1.0级。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例所公开的一种含镁复合包芯线截面示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
如图1所示，本发明一些实施例公开了一种用于钢轨生产的含镁复合包芯线，包括外皮2和包裹在外皮2内的芯粉1，所述芯粉1为均匀混合的 Mg、Si、碳酸钙及Fe，所述外皮2为无铝低碳钢带。通过制线设备制造为 10-15mm的包芯线，即所述含镁复合包芯线的直径为10-15mm，所述无铝低碳钢带的厚度为1-2mm。以重量百分含量计，所述芯粉可由以下组分组成：Mg：5％-20％，Si：25％-35％，碳酸钙:5％-15％，余量为Fe及不可避免的杂质。所述芯粉的颗粒粒径为1-3mm；所述芯粉的重量为120-200g/m，所述外皮重量为200-300g/m。
将上述的含镁复合包芯线用于钢轨的生产中，可将其加入钢包内，通过含镁复合包芯线的使用，可以在钢中生成大量弥散分布的微小夹杂物，即在重轨钢中形成大量弥散分布的MgO质点，作为形核核心，抑制MnS 及其他类夹杂物的长大，降低大颗粒夹杂物出现的情况，从而细化钢中夹杂物评级，采用本申请得到的钢轨，夹杂物评级中，A类≤1.5级，其他各类≤1.0级。
本发明一些实施例还公开了一种钢轨的生产方法及得到的钢轨，在生产过程中使用该含镁复合包芯线后，钢中夹杂物评级可以达到A类≤1.5级，其他各类≤1.0级。本发明适用于钢轨钢所有牌号。该生产方法依次包括：转炉工序、LF工序、RH精炼工序和连铸工序，其中，所述RH精炼工序中，向钢包内喂入含镁复合包芯线，其中，所述含镁复合包芯线的加入量为2-6m/吨钢。
具体包括：
转炉工序
转炉工序出钢过程中，进行硅钙钡合金脱氧，加入量为2-4kg/t钢，活性石灰加入量2-4kg/t钢。
LF工序
LF处理过程向钢包内加入活性石灰3-5kg/t钢、调渣剂2-4kg/t钢以及铝灰1-3kg/t钢进行造渣，LF出站钢包渣碱度控制在2-4，Al2O3含量控制在10％-15％。
所述调渣剂为含SiO2 40％-50％，含CaO：40％-50％，余量为杂质。所述铝灰为：氧化铝含量≥75％，CaO:5％-10％，SiO2:5％-10％，余量为杂质。
RH精炼工序
RH精炼过程保证真空度≤3mbar时间≥10min，再向钢包内喂入含镁复合包芯线，加入量按2-6m/吨钢，喂线后向钢包内低流量吹氩气5-8min。
所述含镁复合包芯线组成为：Mg：5％-20％，Si：25％-35％，碳酸钙:5％-15％,余量为Fe及不可避免的杂质。所述含镁复合包芯线由芯粉和外皮构成，芯粉为均匀混合的Mg、Si、碳酸钙及Fe，颗粒粒径为1-3mm，外皮为无铝低碳钢带。无铝低碳钢带厚度为1-2mm，其余为芯粉，通过制线设备制造为10-15mm的包芯线。
连铸工序
本实施例采用的是280mm×380mm的六机六流大方坯连铸机，长水口采用大流量吹氩气保护浇铸，防止二次氧化，连铸过程拉速0.60-0.80m/min，过热度10-40℃。
实施例1
本实施例提供一种含镁复合包芯线及其应用方法，使用该含镁复合包芯线后，钢中夹杂物评级可以达到A类≤1.5级，其他各类≤1.0级。
在生产重轨钢U75V时，采用的工艺流程为：120t转炉—LF精炼—RH 精炼—280mm×380mm大方坯连铸。具体地：
转炉工序
转炉工序出钢过程中，进行硅钙钡合金脱氧，脱氧剂加入量为2kg/t钢。出钢过程加入活性石灰2kg/t钢。
LF工序
LF处理过程向钢包内加入活性石灰3kg/t钢、调渣剂2kg/t钢以及铝灰 1kg/t钢进行造渣，LF出站钢包渣碱度控制在2，Al2O3含量控制在10％。
所述调渣剂为含SiO2 40％，含CaO：40％，余量为杂质。所述铝灰为：氧化铝含量75％，CaO:10％，SiO2:10％，余量为杂质。
RH精炼工序
RH精炼过程保证真空度≤3mbar时间10min，再向钢包内喂入含镁复合包芯线，加入量按2m/吨钢，喂线后向钢包内低流量吹氩气5-8min。
所述含镁复合包芯线组成为：Mg：5％，Si：35％，碳酸钙:5％,余量为 Fe及不可避免的杂质。所述含镁复合包芯线由芯粉和外皮构成，芯粉为均匀混合的Mg、Si、碳酸钙及Fe，颗粒粒径为1-2mm，外皮为无铝低碳钢带。无铝低碳钢带厚度为2mm，其余为芯粉，通过制线设备制造为10mm的包芯线。
连铸工序
本发明采用的是280mm×380mm的六机六流大方坯连铸机，长水口采用大流量吹氩气保护浇铸，防止二次氧化，连铸过程拉速0.60m/min，过热度10℃。
采用该方法生产的连铸坯轧制成钢轨后，夹杂物评级A类1.5级，B 类1.0级，C类0.5级，D类0级。
实施例2
本实施例提供一种含镁复合包芯线及其应用方法，使用该含镁复合包芯线后，钢中夹杂物评级可以达到A类≤1.5级，其他各类≤1.0级。
在生产重轨钢U71Mn时，采用的工艺流程为：120t转炉—LF精炼— RH精炼—280mm×380mm大方坯连铸。具体地：
转炉工序
转炉工序出钢过程中，进行硅钙钡合金脱氧，脱氧剂加入量为4kg/t钢。出钢过程加入活性石灰4kg/t钢。
LF工序
LF处理过程向钢包内加入活性石灰5kg/t钢、调渣剂4kg/t钢以及铝灰 3kg/t钢进行造渣，LF出站钢包渣碱度控制在4，Al2O3含量控制在15％。
所述调渣剂为含SiO2 50％，含CaO：49％，余量为杂质。所述铝灰为：氧化铝含量80％，CaO:5％，SiO2:5％，余量为杂质。
RH精炼
RH精炼过程保证真空度≤3mbar时间13min，再向钢包内喂入含镁复合包芯线，加入量按6m/吨钢，喂线后向钢包内低流量吹氩气8min。
所述含镁复合包芯线组成为：Mg：20％，Si：25％，碳酸钙:15％,余量为Fe及不可避免的杂质。所述含镁复合包芯线由芯粉和外皮构成，芯粉为均匀混合的Mg、Si、碳酸钙及Fe，颗粒粒径为1-3mm，外皮为无铝低碳钢带。无铝低碳钢带厚度为1mm，其余为芯粉，通过制线设备制造为15mm 的包芯线。
连铸工序
本发明采用的是280mm×380mm的六机六流大方坯连铸机，长水口采用大流量吹氩气保护浇铸，防止二次氧化，连铸过程拉速0.80m/min，过热度40℃。
采用该方法生产的连铸坯轧制成钢轨后，夹杂物评级A类1.0级，B 类0.5级，C类0级，D类0级。
实施例3
本实施例提供一种含镁复合包芯线及其应用方法，使用该含镁复合包芯线后，钢中夹杂物评级可以达到A类≤1.5级，其他各类≤1.0级。
在生产重轨钢U78CrV时，采用的工艺流程为：120t转炉—LF精炼— RH精炼—280mm×380mm大方坯连铸。具体地：
转炉工序
转炉工序出钢过程中，进行硅钙钡合金脱氧，脱氧剂加入量为3kg/t钢。出钢过程加入活性石灰3kg/t钢。
LF工序
LF处理过程向钢包内加入活性石灰4kg/t钢、调渣剂3kg/t钢以及铝灰 2kg/t钢进行造渣，LF出站钢包渣碱度控制在3，Al2O3含量控制在12％。
所述调渣剂为含SiO2 45％，含CaO：45％，余量为杂质。所述铝灰为：氧化铝含量80％，CaO:9％，SiO2:9％，余量为杂质。
RH精炼
RH精炼过程保证真空度≤3mbar时间12min，再向钢包内喂入含镁复合包芯线，加入量按4m/吨钢，喂线后向钢包内低流量吹氩气6min。
所述含镁复合包芯线组成为：Mg：5％，Si：35％，碳酸钙:5％,余量为 Fe及不可避免的杂质。所述含镁复合包芯线由芯粉和外皮构成，芯粉为均匀混合的Mg、Si、碳酸钙及Fe，颗粒粒径为2-3mm，外皮为无铝低碳钢带。无铝低碳钢带厚度为2mm，其余为芯粉，通过制线设备制造为13mm的包芯线。
连铸
本发明采用的是280mm×380mm的六机六流大方坯连铸机，长水口采用大流量吹氩气保护浇铸，防止二次氧化，连铸过程拉速0.70m/min，过热度25℃。
采用该方法生产的连铸坯轧制成钢轨后，夹杂物评级A类0.5级，B 类0级，C类0.5级，D类0级。
对比例1
与实施例1一致，所不同的地方是转炉工序中：RH工序不添加含镁复合包芯线，钢轨成品夹杂物评级A类2.0级，B类1.0级，C类1.5级，D 类1.0级。
对比例2
与实施例2一致，所不同的地方是转炉工序中：出钢过程不加入硅钙钡合金脱氧。由于脱氧不良，RH加入的含镁线后，钢轨中T[O]高达0.0042％，夹杂物评级夹杂物评级A类2.0级，B类2.0级，C类2.5级，D类1.0级。
对比例3：
与实施例2一致，所不同的地方是LF精炼工序中，活性石灰加入量 1kg，调渣剂1kg，铝灰0.5kg。由于渣料加入量不足，LF出站钢渣碱度为 1.5。
同样采用Mg处理后，夹杂物评级夹杂物评级A类2.5级，B类1.5级， C类1.5级，D类1.0级。
对比例4
与实施例3相同，所述含镁复合包芯线组成为：Mg：5％，Si：35％，碳酸钙:0％,余量为Fe及不可避免的杂质。
采用该方法生产的连铸坯轧制成钢轨后，夹杂物评级A类2.0级，B 类1.0级，C类1.0级，D类0.5级。
对比例5
与实施例3相同，在连铸过程中，过热度为45℃，连铸坯出现大量角部裂纹，钢材判废。
对比例6
与实施例3相同，在连铸过程中，长水口未进行大流量吹氩气，钢水吸氧严重，形成大量氧化物，采用该方法生产的连铸坯轧制成钢轨后，夹杂物评级A类1.5级，B类2.0级，C类2.5级，D类1.5级。
综上所述，本发明实施例所公开的含镁复合包芯线，将其应用于刚材生产中时，可以实现钢中形成弥散分布的细小MgO质点，作为MnS和其他类性夹杂物的形核核心，从而降低大颗粒夹杂物出现的情况，采用该专利夹杂物评级A类≤1.5级，其他各类≤1.0级。
需要特别指出的是，上述各个实施例中的各个组件或步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换形成的组合也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求) 被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/ 或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于钢轨生产的含镁复合包芯线，其特征在于，包括外皮和包裹在外皮内的芯粉，所述芯粉为均匀混合的Mg、Si、碳酸钙及Fe，所述外皮为无铝低碳钢带。
2.根据权利要求1所述的含镁复合包芯线，其特征在于，所述无铝低碳钢带的厚度为1-2mm；所述含镁复合包芯线的直径为10-15mm。
3.根据权利要求1所述的含镁复合包芯线，其特征在于，以重量百分含量计，所述芯粉由以下组分组成：
Mg：5％-20％，Si：25％-35％，碳酸钙:5％-15％，余量为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的含镁复合包芯线，其特征在于，所述芯粉的颗粒粒径为1-3mm；
和/或，所述芯粉的重量为120-200g/m，所述外皮重量为200-300g/m。
5.一种钢轨的生产方法，其特征在于，依次包括：转炉工序、LF工序、RH精炼工序和连铸工序，其中，所述RH精炼工序中，向钢包内喂入权利要求1-4任意一项所述的含镁复合包芯线，其中，所述含镁复合包芯线的加入量为2-6m/吨钢。
6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述RH精炼工序中：
保证真空度≤3mbar时间≥10min，再向钢包内喂入所述含镁复合包芯线，加入量为2-6m/吨钢，喂入完成后向钢包内吹氩气5-8min。
7.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述转炉工序的出钢过程中，进行硅钙钡合金脱氧，加入量为2-4kg/t钢，活性石灰加入量2-4kg/t钢；
和/或，
所述LF工序中，向钢包内加入活性石灰3-5kg/t钢、调渣剂2-4kg/t钢、铝灰1-3kg/t钢进行造渣，并且，LF工序的出站钢包的渣碱度控制在2-4，Al2O3含量控制在10％-15％；
和/或，所述连铸工序为方坯连铸，且长水口采用大流量吹氩气保护浇铸，连铸过程拉速0.60-0.80m/min，过热度10-40℃。
8.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于，以质量分数计，
所述调渣剂为SiO2 40％-50％和CaO40％-50％，余量为杂质。
9.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于，以质量分数计，
所述铝灰中，氧化铝含量≥75％，CaO 5％-10％，SiO2 5％-10％，余量为杂质。
10.一种钢轨，其特征在于，采用权利要求5-9任意一项所述的生产方法制得。
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