專利名稱：一種高速車軸用鋼的低磷控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速車軸用鋼的低磷控制方法。
背景技術(shù)：
鐵路運(yùn)輸是交通運(yùn)輸?shù)闹饕绞剑覈F路客、貨運(yùn)量居世界第一位。當(dāng)列車運(yùn)行速度提高后，不僅對線路的性能要求提高，對車體及各零件的性能要求也提到日程上來。當(dāng)前，制約我國高速鐵路發(fā)展的主要障礙之一在于車軸材料國產(chǎn)化進(jìn)程滯后，過分依靠國外引進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品，特別是對時(shí)速250km/h以上的高速列車用車軸關(guān)鍵材料缺乏技術(shù)儲備。
高速動車用空心車軸是目前仍未國產(chǎn)化的零部件之一，制造動車車軸對鋼材質(zhì)量要求極高，要求鋼質(zhì)純凈度高，要求A、B、C、D類夾雜物均小于I級，磷是鋼中有害雜質(zhì)，磷能顯著擴(kuò)大液相和固相之間的兩相區(qū)，容易在晶界偏析，使鋼的局部組織異常，造成鋼材“冷脆”，顯著降低鋼材的低溫沖擊韌性及回火脆性，造成機(jī)械性能不均勻；磷還會引起腐蝕疲勞和焊接開裂。由于電爐煉鋼脫磷采用氧化法工藝，電爐出鋼溫度高，脫磷溫度及時(shí)間很難控制，特別是中、高碳鋼很難實(shí)現(xiàn)有效脫磷。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有高速車軸用鋼的低磷控制方法的上述不足，本發(fā)明提供一種磷控制在不大于0. 006%的一種高速車軸用鋼的低磷控制方法。本發(fā)明的技術(shù)方案主要是從電爐冶煉氧化脫磷，精煉、澆注過程防止增磷、回磷的方法，成功地生產(chǎn)出低磷高速動車空心車軸用鋼。本高速車軸用鋼的低磷控制方法包括下述依次的步驟
I鐵水預(yù)處理
將含P彡0. 105%, S彡0. 050%，溫度為1200°C 1400°C的鐵水進(jìn)行預(yù)處理，鐵水預(yù)處理主要是脫硅、脫磷、脫硫，降低鐵水中的有害元素磷、硫含量。II電爐冶煉
將廢鋼和預(yù)處理后的鐵水加入電爐冶煉，預(yù)處理的鐵水重量比> 70%,廢鋼爐料中的P^O. 035%，熔池脫磷溫度為1560— 1580°C，在熔池形成后全程進(jìn)行泡沫渣操作，泡沫渣工藝參數(shù)FeO 12—20% ;堿度:2. 0—2. 5% ;渣層厚度:300— 500mm,電爐出鋼[C]彡0. 08%，[P] < 0.004%。避免LF精煉過程中回磷，出鋼時(shí)留鋼、留渣，即出渣量為零，(即無渣出鋼)。HI LF精煉工藝
LF精煉全程底吹氬氣，調(diào)整底吹氬氣0. 4-0. 8MPa ;采用高Al2O3含量(15-30%)的高堿度R (Ca0/Si02) =4. 0 6. 0渣系進(jìn)行造渣、脫氧，調(diào)整化學(xué)成分。IV VD處理技術(shù)
真空度值< 67Pa，保持時(shí)間25分鐘以上，破空，即時(shí)加覆蓋劑(覆蓋劑成分主要為25%Ca0+30%Si02+15%Al203+20%Mg0+5%C+2. 5%TFe 及其它)。澆注采用吹A(chǔ)r氣保護(hù)澆注。
本高速動車車軸用鋼的低磷控制方法，其步驟特征是
I鐵水預(yù)處理
鐵水預(yù)處理時(shí)，按照鐵水量通過噴吹FeO粉、CaO + CaF2粉和氧氣進(jìn)行鐵水脫硅、脫磷、脫硫三脫預(yù)處理。經(jīng)過鐵水預(yù)處理后，鐵水中P < 0.070%S 彡 0. 020%，溫度為 1250°C — 1500°C。II電爐冶煉
a廢鋼和預(yù)處理鐵水加入電爐后，電爐吹氧，要求電爐氧氣吹氣量0.85±0. I m3/fmin，吹氧5分鐘后，加入螢石、石灰造渣材料，每 噸鋼水加石灰18. 4±2 Kg,螢石7. 3±0. 3 Kg,(原理是利用氧氣將鐵水中的碳、磷等元素快速氧化到一定含量范圍，即進(jìn)一步脫磷，并產(chǎn)生大量的化學(xué)反應(yīng)熱，使加入的廢鋼熔化并使鋼水溫度提高到規(guī)定值。)吹氧10-15分鐘，測溫取樣，目標(biāo)值C :0. 6-1. 0% ,T= 1580-1600°C，在熔池形成后進(jìn)行泡沫渣操作(FeO 12-20% ;堿度:2. 0-2. 5%),總吹氧時(shí)間 25_35min。b初煉[P] > 0. 004%時(shí)(即沒有達(dá)到[P] ^ 0. 004%時(shí))，及時(shí)放掉磷高的初渣，并補(bǔ)充新渣，防止溫度升高后回磷，進(jìn)行1-2次放渣、換渣操作?？刂齐姞t出鋼鋼中[C]彡0.08%，[P]彡0.004%。停吹氧前3分鐘，嚴(yán)禁加入石灰渣料，電爐出鋼前，對所隨鋼包加入的鐵合金和Si-Al-Ba、Al塊、CaO造渣材料進(jìn)行不小于30分鐘的烘烤，然后將鋼水倒入鋼包中，鋼水在鋼包中進(jìn)行初步合金化。c電爐出鋼時(shí)立即開啟氬氣閥門，調(diào)整氬氣量為0. 5-0. 8MPa，并隨時(shí)調(diào)整閥門開度，閥門開度大小以鋼水不裸露為準(zhǔn)；進(jìn)LF工位前，噸鋼喂鋁線I. 8-2. OKg，喂完線后出鋼，進(jìn)入LF工位。III LF精煉工藝
a把裝有鋼水的鋼包移到精煉工位，LF精煉過程采用高堿度
CaO-SiO2-Al2O3渣系，控制熔渣堿度R (Ca0/Si02)= 4. 0 6. O。送電5-10分鐘，當(dāng)鋼水溫度彡1540°C時(shí)，噸鋼加入1-1. 5Kg/t電石進(jìn)行造渣、脫氧。b高堿度渣保持25分鐘后，蘸渣呈黃白或白色，色澤均勻，即可取樣進(jìn)行成分分析。c根據(jù)成分分析結(jié)果選用低磷鐵合金調(diào)整化學(xué)成分。根據(jù)成分分析結(jié)果確定加入量，Mn、Cr按中上限控制，其余按中下限進(jìn)行控制，(如高速動車車軸用德國牌號EA4T鋼中C、Si、Mn、P、S、Cr 與Mo 的控制要求分別為C 0. 22—0. 29% ；Si 0. 15—0. 40% ；P ^ 0. 010% ；S 彡 0. 007% ；Mo 0. 15—0. 30% ； Mn 0. 50—0. 80% ；Cr 0. 90— I. 20% ；)成分達(dá)到目標(biāo)成分，溫度達(dá)到1660°C — 1690°C，即停電出鋼，出鋼時(shí)要求取渣樣，觀察渣子斷面呈白色且色質(zhì)均勻。IV VD處理及澆注技術(shù)
鋼液在67Pa以下保持25 - 30分鐘，進(jìn)行真空脫氣。VD破空后，向鋼液中喂入Ca-Si線，噸鋼喂線量2 — 4米，定氫、軟攪拌、測溫，出鋼，為防止鋼水二次氧化及溫度下降，出鋼時(shí)加以CaO、SiO2, A1203、MgO為主要成分的復(fù)合覆蓋劑。采用吹A(chǔ)r氣保護(hù)澆注，注前流鋼，注后留鋼。澆注溫度為1560_1570°C ;錠身平均澆注速度為第I盤錠身14-16分鐘；帽口的澆注速度8-10分鐘。第2盤錠身11-14分鐘；帽口的澆注速度大于5分鐘。
通過上述處理,鋼液中[P] ^ 60ppmo本發(fā)明采取從鐵水冶煉到澆鋼過程的低磷控制措施，降低鋼中的磷含量，使鋼中磷達(dá)到0. 006%或以下，凈化鋼質(zhì)，提高高速動車車軸的綜合性能，加快高速動車車軸的國產(chǎn)化。通過采用本發(fā)明的冶煉-精煉控磷方法，可以使鋼中[P]< 6X 10_6，非金屬夾雜物A類、B類、C類、D類夾雜物級別均不大于0. 5級，實(shí)物質(zhì)量達(dá)到進(jìn)口車軸鋼的冶金水平。特別適用于高速動車車軸用EA4T (德國牌號)鋼。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明本高速車軸用鋼的脫磷方法的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的具體實(shí)施方式
不局限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例本實(shí)施例是在60噸高功率電爐上進(jìn)行的，冶煉鋼種為高速動車車軸用EA4T(德國牌號)鋼其成品成分的質(zhì)量百分比為
CO. 22-0. 29% ； Si 0. 15-0. 40% ； Mn 0. 50-0. 80% ； P 彡 0. 020% ；
S彡0.015%; Cr 0. 90-1. 20% ； Mo 0. 15-0. 30% ;余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。本實(shí)施例的步驟如下
I鐵水預(yù)處理
鐵水成分P :0. 090%, S :0. 045%,鐵水溫度為1356°C，按照60噸鐵水通過噴吹FeO粉、CaO + CaF2粉和氧氣進(jìn)行三脫預(yù)處理，處理時(shí)間30min，
預(yù)處理后鐵水溫度為1260°C，鐵水成分的質(zhì)量百分比為
C :4. 14% Si :0. 43% P :0. 057%、S :0. 011%,其余為余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。II電爐冶煉
a把廢鋼15噸加入60噸高功率的電爐中，廢鋼中的P :0. 016%、S :0. 003% ;再把46噸預(yù)處理后的鐵水加入到同一電爐中。加入鐵水后開始吹氧助熔，電爐氧氣吹氣量0. 85m3/t**min,吹氧5分鐘后加入石灰1124 Kg，螢石468Kg。在冶煉過程中廢鋼和石灰、白云石迅速熔化，同時(shí)脫C、脫P(yáng)。利用氧氣將鐵水中的碳、磷快速氧化，脫磷反應(yīng)是鋼渣界面反應(yīng)，其總反應(yīng)式2 [P]+5 (FeO)+4(CaO) = (4CaO -P2O5) +5 [Fe]。吹氧12分鐘后，測溫取樣，熔清時(shí)鋼液溫度1592°C，熔清化學(xué)成分C=0. 76%, Si=O. 01%, Mn=O. 12%, P=O. 011%, S=O. 031%, Cr=O. 060%。碳與溫度達(dá)到了脫磷規(guī)定目標(biāo)值(C :0. 6-1. 0%，T = 1580-1600°C)，在熔池形成后全程進(jìn)行泡沫渣操作，泡沫渣工藝參數(shù)FeO :18% ;堿度2. 4% ;渣層厚度430mm?？偞笛鯐r(shí)間27min。b取樣化學(xué)分析P=O. 011%,初煉沒有達(dá)到[P] ( 0. 004%,進(jìn)行流渣、再加石灰1000Kg，螢石400Kg造渣，10分鐘后再取樣，測P=O. 004%，采用電爐偏心爐底出鋼，電爐出鋼[C]
0.10%、[P] :0. 004%,(電爐出鋼[C]彡 0. 08%, [P]彡 0. 004%。)出鋼溫度 1670。。。避免 LF精煉過程中回磷，停吹氧前3分鐘，嚴(yán)禁加入石灰渣料，出鋼時(shí)留鋼、留渣，進(jìn)行無渣出鋼。把鋼水倒入裝有金屬錳500kg、石灰300kg、螢石200Kg、合成渣200kg、硅鋁鋇200Kg、鉻鐵780Kg、鑰鐵280Kg并烘烤了 33分鐘的鋼包精煉爐的鋼包內(nèi)，鋼水在該鋼包內(nèi)進(jìn)行鋼水初步合金化，隨鋼流加鋁丸70kg。c電爐出鋼時(shí)立即開啟氬氣閥門，氬氣達(dá)0. 65MPa，視包內(nèi)鋼水翻動情況隨時(shí)調(diào)整閥門開度，以鋼液不裸露為準(zhǔn)。喂鋁線150米，喂完線進(jìn)入LF工位。出鋼沒有下氧化渣、留鋼；電爐搖鋼量60噸。HI LF精煉工藝
a把隨鋼流加入石灰、螢石、合成渣和硅鋁鋇后的鋼包移到精煉工位，加石灰300kg，噸鋼加入量達(dá)到6Kg，通電，調(diào)整氬氣流量，壓強(qiáng)控制在0. 3MPaA，送電7分鐘，鋼水溫度為1550°C，一次性加入電石75Kg，測定渣堿度為5. 2，渣厚為70mm，形成高堿度渣，高堿度渣熔洛顏色為白色。 高堿度渣保持25分鐘后，蘸渣呈黃白或白色，色澤均勻，即可取樣進(jìn)行成分分析，鋼水的成分的質(zhì)量百分比為
C 0. 18 ； Si 0. 14 ； Mn 0. 56 ； P 0. 005 ； S 0. 005 ； Cr 0. 91 ； Mo 0. 25 ；余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。進(jìn)一步進(jìn)行成分微調(diào),加碳線180米(141^/100111)、選用磷含量為0. 035%的低磷鐵合金調(diào)整化學(xué)成分，加硅鐵70kg、硅錳50kg、中鉻200kg和鑰鐵90kg。成分達(dá)到目標(biāo)成分，溫度為1680°C時(shí)，進(jìn)行停電出鋼，出鋼時(shí)取渣樣，觀察渣子斷面呈白色且色質(zhì)均勻，LF出鋼成份的質(zhì)量百分比為
C 0. 26 ； Si 0. 27 ； Mn 0. 71 ； P 0. 006 ； S 0. 001 ；Cr I. 10 ；
Mo 0.22;余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。IV VD處理技術(shù)
鋼液在67Pa以下保持時(shí)間27分鐘，進(jìn)行真空脫氣。VD破空后，向鋼液中喂入Ca-Si線，喂線量150米，定氫儀定氫[H]為0.8ppm，吹A(chǔ)r軟攪拌10分鐘，VD出鋼，出鋼時(shí)加以CaO、SiO2, A1203、MgO為主要成分的復(fù)合覆蓋劑260kg。出鋼溫度1549°C。V 澆注
采用吹A(chǔ)r氣保護(hù)澆注，注前流鋼，注后留鋼，澆注8. 4噸鋼錠?？刂谱刈⑺?，溫度T=15600C ;澆注時(shí)間為錠身12分鐘30秒，帽口 8分鐘。通過上述處理,鋼液中[P]為60ppm。脫磷結(jié)果
采用本措施進(jìn)行氧化期脫磷操作，生產(chǎn)的高速動車車軸用鋼均取得了滿意的脫磷效果，結(jié)果見表I :
權(quán)利要求
1.一種高速車軸用鋼的低磷控制方法，它包括下述依次的步驟 I鐵水預(yù)處理 將含P彡O. 105%, S彡O. 050%，溫度為1200°C 1400°C的鐵水進(jìn)行預(yù)處理，鐵水預(yù)處理主要是脫硅、脫磷、脫硫，降低鐵水中的有害元素磷、硫含量； II電爐冶煉 將廢鋼和預(yù)處理后的鐵水加入電爐冶煉，預(yù)處理的鐵水重量比> 70%,廢鋼爐料中的P^O. 035%，熔池脫磷溫度為1560— 1580°C，在熔池形成后全程進(jìn)行泡沫渣操作，泡沫渣工藝參數(shù)FeO 12—20% ;堿度2. 0—2. 5% ;渣層厚度:300— 500mm,電爐出鋼[C]彡O. 08%,[P] ( O. 004% ;避免LF精煉過程中回磷，出鋼時(shí)留鋼、留渣，即出渣量為零； IIILF精煉工藝 LF精煉全程底吹氬氣，調(diào)整底吹氬氣O. 4-0. 8MPa ;采用高Al2O3含量的高堿度R=4. O 6.O渣系進(jìn)行造渣、脫氧，調(diào)整化學(xué)成分； IVVD處理技術(shù) 真空度值< 67Pa，保持時(shí)間25分鐘以上，破空，即時(shí)加覆蓋劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高速車軸用鋼的低磷控制方法，其步驟特征是 I鐵水預(yù)處理 鐵水預(yù)處理時(shí)，按照鐵水量通過噴吹FeO粉、CaO + CaF2粉和氧氣進(jìn)行鐵水脫硅、脫磷、脫硫三脫預(yù)處理；經(jīng)過鐵水預(yù)處理后，鐵水中P ( O. 070%S 彡 O. 020%，溫度為 1250°C — 1500°C ； II電爐冶煉 a廢鋼和預(yù)處理鐵水加入電爐后，電爐吹氧，要求電爐氧氣吹氣量0.85±0. I m3/fmin，吹氧5分鐘后，加入螢石、石灰造渣材料，每噸鋼水加石灰18. 4±2 Kg,螢石7·3±0·3 Kg，吹氧10-15分鐘，測溫取樣，目標(biāo)值C :0. 6-1.0%，T = 1580_1600°C，在熔池形成后進(jìn)行泡沫洛操作，總吹氧時(shí)間25-35min ； b初煉[P] > O. 004%時(shí)，及時(shí)放掉磷高的初渣，并補(bǔ)充新渣，防止溫度升高后回磷，進(jìn)行1-2次放渣、換渣操作；控制電爐出鋼鋼中[C]彡O. 08%, [P] ( O. 004% ;停吹氧前3分鐘，嚴(yán)禁加入石灰渣料，電爐出鋼前，對所隨鋼包加入的鐵合金和Si-Al-Ba、Al塊、CaO造渣材料進(jìn)行不小于30分鐘的烘烤，然后將鋼水倒入鋼包中，鋼水在鋼包中進(jìn)行初步合金化；c電爐出鋼時(shí)立即開啟氬氣閥門，調(diào)整氬氣量為O. 5-0. 8MPa，并隨時(shí)調(diào)整閥門開度，閥門開度大小以鋼水不裸露為準(zhǔn)；進(jìn)LF工位前，噸鋼喂鋁線I. 8-2. OKg,喂完線后出鋼，進(jìn)入LF工位； IIILF精煉工藝 a把裝有鋼水的鋼包移到精煉工位，LF精煉過程采用高堿度 CaO-SiO2-Al2O3渣系，控制熔渣堿度R= 4. O 6. O ;送電5-10分鐘，當(dāng)鋼水溫度彡1540°C時(shí)，噸鋼加入1-1. 5Kg/t電石進(jìn)行造渣、脫氧； b高堿度渣保持25分鐘后，蘸渣呈黃白或白色，色澤均勻，即可取樣進(jìn)行成分分析；c 根據(jù)成分分析結(jié)果選用低磷鐵合金調(diào)整化學(xué)成分；根據(jù)成分分析結(jié)果確定加入量，Mn、Cr按中上限控制，其余按中下限進(jìn)行控制，成分達(dá)到目標(biāo)成分，溫度達(dá)到1660°C—1690 °C，即停電出鋼，出鋼時(shí)要求取渣樣，觀察渣子斷面呈白色且色質(zhì)均勻；IVVD處理及澆注技術(shù) 鋼液在67Pa以下保持25 — 30分鐘，進(jìn)行真空脫氣；VD破空后，向鋼液中喂入Ca-Si線，噸鋼喂線量2 — 4米，定氫、軟攪拌、測溫，出鋼，為防止鋼水二次氧化及溫度下降，出鋼時(shí)加以CaO、SiO2, A1203、MgO為主要成分的復(fù)合覆蓋劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高速車軸用鋼的低磷控制方法，它包括下述依次的步驟Ⅰ鐵水預(yù)處理 將含P≤0.105%，S≤0.050%的鐵水進(jìn)行預(yù)處理；Ⅱ電爐冶煉 將廢鋼和預(yù)處理后的鐵水加入電爐冶煉，預(yù)處理的鐵水重量比≥70%，廢鋼爐料中的P≤0.035%，熔池脫磷溫度為1560—1580℃，在熔池形成后全程進(jìn)行泡沫渣操作，電爐出鋼[C]≥0.08%，[P]≤0.004%；出鋼時(shí)留鋼、留渣；Ⅲ LF精煉工藝 LF精煉全程底吹氬氣；采用高Al2O3含量的高堿度R(CaO/SiO2)=4.0～6.0渣系進(jìn)行造渣、脫氧；ⅣVD處理技術(shù)真空度≤67Pa，保持時(shí)間25分鐘以上，破空，即時(shí)加覆蓋劑。本高速動車車軸用鋼的低磷控制方法制出的鋼適用于高速動車車軸用鋼。
文檔編號C21C7/10GK102766729SQ201210265759
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者王之香, 王玉玲, 鄔中華, 陳金虎 申請人:山西太鋼不銹鋼股份有限公司