王　前， 肖　波， 王　剛， 張小華， 韓紅艷

(江蘇沙鋼集團(tuán)淮鋼特鋼有限公司，江蘇 淮安　223001)

?

鐵路提速貨車用60Si2CrVAT鋼中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制研究*

王前， 肖波， 王剛， 張小華， 韓紅艷

(江蘇沙鋼集團(tuán)淮鋼特鋼有限公司，江蘇 淮安223001)

對(duì)鐵路提速貨車用60Si2CrVAT鋼生產(chǎn)過程中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化情況進(jìn)行了研究分析，并提出穩(wěn)定控制鋼中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方法。

60Si2CrVAT鋼； 精煉渣； 堿度； 氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

引言

60Si2CrVAT鋼為鐵道部專用鋼號(hào)之一，主要用于制造鐵路貨車轉(zhuǎn)向架用圓柱螺旋彈簧，該鋼種技術(shù)要求極其嚴(yán)格，鐵道部運(yùn)裝火車[342]號(hào)文件要求，該鋼種中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于13×10-6，疲勞壽命不低于300萬次。國內(nèi)外研究表明[1-2]，降低氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以大幅度提高鋼的疲勞壽命，因此，為了得到高疲勞壽命的優(yōu)質(zhì)鋼材，有必要對(duì)60Si2CrVAT鋼生產(chǎn)過程中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化情況進(jìn)行跟蹤研究，以獲得一種穩(wěn)定控制鋼中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)生產(chǎn)方法。

1　研究方法

1.1工藝流程

鐵水預(yù)脫硫→100 t轉(zhuǎn)爐→100 t LF精煉爐→100 t RH真空脫氣→連鑄(M-EMS+F-EMS)→連軋。

1.2工藝概述

原料：90%鐵水+10%廢鋼。

冶煉：100 t頂吹轉(zhuǎn)爐，出鋼w(C)≥0.10%，出鋼溫度≥1650 ℃。出鋼后加入增碳劑、合金、脫氧劑、渣料等。

精煉：鋼包到站后，邊升溫，邊加入電石、鋁粒進(jìn)行擴(kuò)散脫氧。化渣后，盡快調(diào)渣，保證白渣精煉，R≥3.0，合金成分及溫度合適后，吊包送RH進(jìn)行真空脫氣處理。

RH精煉：真空度≤67 Pa，保持時(shí)間≥15 min。處理結(jié)束后，喂入適量包芯線進(jìn)行夾雜物變性處理，軟吹氬時(shí)間≥15 min。

連鑄：使用專用結(jié)晶器保護(hù)渣，過熱度20～30 ℃,拉矯溫度≥950 ℃。

軋制：Ф1100 mm初軋開坯機(jī)，開坯150 mm送十八架連軋機(jī)組軋制。

1.3研究內(nèi)容

影響鋼中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的主要因素有生產(chǎn)過程、冶煉方法、脫氧制度、精煉渣組成、精煉渣堿度、非金屬夾雜物控制、保護(hù)澆注等，本文主要研究生產(chǎn)過程、精煉渣組成、精煉渣堿度等因素對(duì)鋼中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響。

1.4試樣制備

取樣方法：鋼樣，圓柱形鋼杯，從鋼包中直接取，或在鋼材上取。

渣樣，從鋼包中直接取。

取樣數(shù)量：鋼樣，每爐取一批，具體取樣部位為：轉(zhuǎn)爐出鋼后、到LF精煉爐、出LF精煉爐、到RH精煉爐、出RH精煉爐、中間包、鋼坯、成品鋼材。數(shù)量：各1個(gè)。

渣樣，每爐取一批，具體取樣部位為：到LF精煉爐、LF過程、出LF精煉爐、到RH精煉爐、出RH精煉爐。數(shù)量：各1個(gè)。

1.5分析儀器

TC-436型氮氧測定儀1臺(tái)，ARL9800型X熒光分析儀1臺(tái)。

2　檢測數(shù)據(jù)

精煉渣樣、氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析數(shù)據(jù)如表1所示。

3　氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響因素研究分析

3.1生產(chǎn)過程氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化情況

對(duì)表1中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)按各取樣位置取平均值并做出趨勢(shì)圖，如圖1所示。

從圖1可以看出，在整個(gè)生產(chǎn)過程中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律如下：LF進(jìn)站(11.50×10-6)和處理(12.30×10-6)前期鋼中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，隨著LF處理過程的進(jìn)行，鋼中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低，LF出站時(shí)鋼中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.10×10-6，故整個(gè)LF處理過程降氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.4×10-6；在RH處理的整個(gè)過程中，鋼水中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)降低，RH進(jìn)站時(shí)鋼中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.0×10-6，出站時(shí)鋼中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.00×10-6，故整個(gè)過程降氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約1.0×10-6；而在RH處理結(jié)束至中間包澆注過程中，鋼水中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是持續(xù)上升的，中間包鋼中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.50×10-6，鋼坯中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.7×10-6，故該過程增氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.7×10-6。

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，鋼坯平均氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比RH處理平均氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高5.7×10-6，根據(jù)對(duì)現(xiàn)場的觀察分析可知，澆注過程鋼包長水口縫隙的吸氣、中間包鋼水與低堿度中包覆蓋劑間的反應(yīng)等中間包保護(hù)澆注措施不到位是主要因素；同時(shí)，鋼包澆水口，在中間包換鋼包澆鑄時(shí)，中間包鋼水液面波動(dòng)較大也是影響因素之一。

表1　精煉渣樣、氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析數(shù)據(jù)/%

爐號(hào)取樣位置w(CaO)w(SiO2)w(MgO)w(Al2O3)w(FeO+MnO)w(P2O5)R(CaO/SiO2)[O]×10-6926到LF55.8715.563.3619.470.880.0233.5913.0LF過程55.1114.503.6424.840.600.0143.8011.5出LF54.9213.883.7823.060.560.0103.9611.6到RH55.0815.003.8523.740.480.0113.677.4出RH52.4614.916.6822.790.510.0173.517.1中間包///////10.1鋼坯///////12.5鋼材///////9.8927到LF54.7521.813.7319.830.560.0192.5112.5LF過程56.9611.694.2225.390.420.0214.879.1出LF55.2516.595.0619.220.380.0163.3312.6到RH55.1410.385.4425.290.350.0135.313.7出RH53.0910.287.8525.390.350.0165.165.3中間包///////6.0鋼坯///////11.0鋼材///////11.0928到LF54.4214.132.4723.440.600.0183.8511.2LF過程54.8715.622.8219.830.640.0243.5112.5出LF52.579.975.5622.220.400.0225.273.8到RH54.4214.224.7623.060.400.0133.837.7出RH51.3614.049.0221.880.630.0183.666.3中間包///////7.5鋼坯///////12.0鋼材///////11.5929到LF53.2013.673.3122.620.530.0253.899.2LF過程54.4817.443.4218.940.800.0153.1216.1出LF54.0417.263.9721.230.550.0123.138.2到RH51.2012.454.4320.180.510.0124.119.2出RH49.749.929.8322.290.550.0185.015.4中間包///////10.5鋼坯///////11.4鋼材///////11.8

圖1　生產(chǎn)過程氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化情況

3.2精煉渣組成對(duì)氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

3.2.1渣中w(FeO+MnO)對(duì)氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

將表1中LF與RH過程所有精煉渣的w(FeO+MnO)與對(duì)應(yīng)氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)做出趨勢(shì)圖，如圖2所示。

圖2　w(FeO+MnO)對(duì)氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

從圖2分析可知，隨著鋼包精煉渣中w(FeO+MnO)的增加，鋼材中的氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加趨勢(shì)非常明顯，可以判斷鋼包精煉渣中w(FeO+MnO)高對(duì)鋼中氧含量存在非常不利的影響，因此需要對(duì)精煉渣中w(FeO+MnO)進(jìn)行控制，可采取在LF精煉處理的前期對(duì)渣進(jìn)行擴(kuò)散脫氧的措施，控制w(FeO+MnO)不大于0.40%。

3.2.2爐渣堿度(CaO/SiO2)對(duì)氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

將表1中LF與RH過程所有精煉渣的爐渣堿度(CaO/SiO2)與對(duì)應(yīng)氧含量做出趨勢(shì)圖，如圖3所示。

圖3　R(CaO/SiO2)對(duì)氧含量的影響

從圖3可以很明顯的看出，隨著爐渣堿度的增加，鋼中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)逐步減少的趨勢(shì)。同時(shí)從圖3可知，當(dāng)精煉渣的堿度小于4.0時(shí)，鋼中的氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，最高氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到16.1×10-6；隨著堿度的增加，鋼中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸減少，但精煉渣的堿度大于5.0以后，氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不大，逐漸趨向于平穩(wěn)。

3.2.3爐渣中w(Al2O3)對(duì)氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

將表1中LF與RH過程所有精煉渣的w(Al2O3)與對(duì)應(yīng)氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)做出趨勢(shì)圖，如圖4所示。

圖4　渣中w(Al2O3)對(duì)氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

從圖4可知，鋼中全氧含量與精煉渣中w(Al2O3)存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)w(Al2O3)較低時(shí)，鋼中全氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高；而當(dāng)w(Al2O3)較高時(shí)，鋼中全氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較低，當(dāng)w(Al2O3)≥21%時(shí)，鋼中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本穩(wěn)定在12×10-6以下。但是本研究中精煉渣中w(Al2O3)最大值僅為25.39%，因此無法探討當(dāng)w(Al2O3)≥30%的情況，該條件下Al2O3對(duì)鋼水純凈度的影響將通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。

4　結(jié)　論

(1)在LF及RH精煉過程中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈降低趨勢(shì)；連鑄過程中增氧嚴(yán)重，高達(dá)5.7×10-6。

(2)對(duì)精煉渣的組成進(jìn)行控制有利于得到較低氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鋼，采取措施為控制渣中w(FeO+MnO)≤0.40%，精煉渣的堿度大于4.0，w(Al2O3)≥21%的方法可以穩(wěn)定將鋼中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在12×10-6以下。

[1]項(xiàng)程云主編.合金結(jié)構(gòu)鋼[M].北京：冶金工業(yè)出版社,1999.

[2]惠衛(wèi)軍,董瀚,王琪,等.高強(qiáng)度彈簧鋼的疲勞性能[J].彈簧工程,1998,(3):20—30.

2015-03-25

王前，男，高級(jí)工程師，電話：13705238924

TF114