馬忠存 王劉艷

(東北特殊鋼集團技術中心，黑龍江161041)

2008年，出口用250 mm×250 mm高檔鐵路用車軸坯用鋼，使用的是經5.17 t鋼錠模改進后的5.5 t方型鋼錠生產。2009年初，用戶變更標準，增加軸坯徑向(橫向)超聲波檢驗，缺陷等級不超過澳大利亞要求的PRC-RS-C-008《鐵路車輛車軸購買規(guī)范附錄A 精加工車軸超聲波試驗》中規(guī)定的缺陷等級，檢驗頻次為全檢。為保證車軸坯探傷質量符合標準要求，設計了5.55 t錠型。

1 設計思路

由于探傷質量標準更嚴，原250 mm×250 mm普通車軸坯用錠型已不適用。因此，新錠型的設計以提高質量和穩(wěn)定成材率為主，采用雙錐度細長形式，鋼錠帽口比由11.80%降至11.17%，成坯率設計值為85%。在設計上保留了原錠型凹型鋼錠斷面的優(yōu)點，錠身采用兩種錐度，錠尾采用半尖型設計。兩種錠型比較如圖1所示，參數比較見表1。

2 設計依據

2.1 新錠型重量

合同要求車軸坯的規(guī)格250 mm×250 mm±公稱尺寸的1.3% 。經計算新錠型錠身重量確定為4 930 kg，計算依據如下：

圖1 兩種錠型外觀比較Figure 1 Appearance comparison of two ingot types

名稱代號5.5 t5.55 t鋼錠總重/kg錠身重量/kg帽口重量/kg鋼錠平均斷面尺寸/mm錠身高度/mm帽口澆高/mm鋼錠錐度/%鋼錠高寬比帽口比/%錠型結構帽口結構WW1W2CHhKH/D 5 5004 9105906051 9403202.213.2111.8單錐度普型5 5504 9306205951 9503403.853.2811.17雙錐度異型

設計每支鋼錠產車軸坯6倍尺。

W3=5×A1+1×A2

(1)

式中W3——每支鋼錠產車軸坯、檢驗試樣及用戶入廠復驗試樣的重量；

A1——標準要求車軸坯定尺長度1 540 mm時車軸坯的重量，758 kg；

A2——標準要求車軸坯帶檢驗試樣及用戶入廠復驗試樣時其最大長度為2 090 mm，此時車軸坯的重量為1 028 kg。

將A1、A2結果代入(1)式中計算：

W3=4 818 kg。

鋼錠錠身重量：

W1=W3/[1-(F1+F2-F3+F4)/100]

(2)

式中F1——鋼錠加熱燒損值，取1.8%；

F2——切尾率，取1.5%；

F3——補縮量(鋼錠凝固過程中帽口內鋼水向錠身的補縮量)，取3.5%；

F4——軋制時不均勻變形造成帽口線偏移而影響的切頭率，取2.5%。

將以上數值代入式(2)中計算得，W1=4 931 kg。

將鋼錠錠身重量取整數為4 930 kg。

2.2 新錠型高寬比

鋼錠高寬比是指鋼錠身高與鋼錠平均斷面尺寸之比，一般用H/D表示。高寬比是一項比較重要的錠型設計參數，它除了對鋼錠縮孔、中心致密度、成分偏析、鋼材低倍等主要質量指標有影響外，還對鋼錠的帽口比、切頭率有直接影響。增加鋼錠高寬比有利于降低帽口、減少鋼錠切頭量，提高鋼錠成材率。20世紀 60年代曾設計了5.2 t供水壓機用的細長錠型，經試驗鋼錠成分均勻、性能穩(wěn)定，成材率提高約4%，但由于受加熱爐爐床寬度的限制，該細長錠型未能在軋鋼生產中擴大試驗。20世紀 80年代又設計了3.16 t細長錠型，高寬比達到3.73，成坯率達到87.19%?，F結合冶煉和軋機的實際情況，設計將鋼錠高寬比由3.21增大至3.28，提高了0.07。

2.3 雙錐度設計

鋼錠錐度是指鋼錠上下口斷面之差與鋼錠2倍高度之比，一般用K表示：

式中A——鋼錠模上口對應面中心間距；

B——鋼錠模下口對應面中心間距；

H——鋼錠錠身高度。

鋼錠錐度同樣是錠型設計中的一項主要參數。為了有效的控制鋼錠凝固沿著自下而上的順序進行，充分發(fā)揮帽口內鋼水的熱補縮功能，確保鋼錠中心組織致密，一般生產優(yōu)質鋼的鋼錠錐度應大于3%。增加錐度對提高鋼錠質量，特別是提高鋼錠致密度的作用是十分明顯的，但是增加鋼錠錐度又會導致鋼錠上口斷面和帽口斷面的增加，這樣不但會對鋼錠加熱及軋制變形產生不良影響，還會進一步提高帽口比，增加鋼錠切頭量。錐度對帽口比的影響恰與H/D對帽口比的影響相反，帽口比是隨著錐度的加大而增加。為了獲得致密度高和帽口比低的鋼錠，設計選用了雙錐度結構，其作用原理是在鋼錠總錐度不變的條件下，有針對性的增加鋼錠疏松敏感帶的錐度，即增加鋼錠中上段的錐度，借以提高鋼錠中上段的致密度，同時減少錠身上部的錐度，保持鋼錠總錐度不變，形成上下部位兩個不同的錐度。

該設計在3.16 t鋼錠中首次應用，同時亦為國內首創(chuàng)，經過對98 828.73 t鋼錠進行統(tǒng)計，合格率達到99.49%，成坯率達到87.19%。

2.4 異型帽口

異型帽口是在普通帽口的基礎上改進后設計的，能夠克服發(fā)熱劑發(fā)熱收縮后帽口內鋼水裸露的現象，增加頂部的保溫效果，使帽口內的熱中心上移，鋼水中的C、P、S等有害元素富集區(qū)上移，有利于改善帽口的收縮狀況，能夠提高鋼錠帽口的實心高度，達到降低鋼錠帽口比和減少切頭的目的。

2.5 鋼錠帽口比計算

鋼錠帽口比是指鋼錠帽口內容納的鋼水量與鋼錠重量之比，一般用百分比表示。鋼錠切頭率高低主要取決于帽口比的大小。

在實際應用中，鋼錠帽口比是根據鋼錠冷凝后的帽口實心高度按專用公式計算得到的。而帽口實心高度是指鋼錠縮孔底平面與鋼錠帽口線截面中心的垂直間距，它是鋼錠帽口收縮優(yōu)劣的重要標志，同時亦是在多年的鋼錠設計中得到的經驗公式。對于所設計類型的鋼錠，當帽口實心高度大于155 mm時，可以得到最佳的鋼錠質量。

式中N——為帽口內容納的鋼水量；

M——為錠模內容納的鋼水量。

已知鋼錠模內容納的鋼水量為4 930 kg。

帽口內容納的鋼水量N=M1+M2+M3

式中M1——帽口凝固后實心高度為155 mm的重量，計算為334.1 kg；

M2——補縮量按錠身重的3.5%計算，為172. 55 kg；

M3——設計余量按錠身重的2.3%計算，為113.39 kg。

計算得帽口內容納的鋼水量N=620.04 kg。

3 結論

該錠型截面尺寸(平均595 mm)較大，接近825 mm軋機的最大開口度，高寬比為3.28，雙錐度設計分別為3.85%、4.19%。

(1)通過雙錐度設計可降低帽口比、提高成材率，同時在總錐度不變的情況下加大中部以下的錐度，能夠提高鋼錠中部的致密度。

(2)新錠型采用雙錐度和異型帽口設計，能夠降低疏松、縮孔缺陷，有利于夾雜物的上浮，為改善中心疏松起到良好作用。

(3)該設計具有改善鋼錠冷凝條件，減少成分偏析，提高鋼錠化學成分的均勻性等優(yōu)點。

(4)該錠型截面尺寸能夠充分利用825 mm軋機的開口度，利于減少軋制道次，并能夠杜絕折疊缺陷的發(fā)生。

[1] 朱澤民.改善鋼錠帽口設計.減少切頭提高成材率.齊鋼，1979.

[2] 3.16噸雙錐度細長錠型鑒定會資料.