鐵路提速貨車用60Si2CrVAT鋼中氧的質量分數控制研究*

王　前， 肖　波， 王　剛， 張小華， 韓紅艷

(江蘇沙鋼集團淮鋼特鋼有限公司，江蘇 淮安　223001)

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鐵路提速貨車用60Si2CrVAT鋼中氧的質量分數控制研究*

王前， 肖波， 王剛， 張小華， 韓紅艷

(江蘇沙鋼集團淮鋼特鋼有限公司，江蘇 淮安223001)

對鐵路提速貨車用60Si2CrVAT鋼生產過程中氧的質量分數變化情況進行了研究分析，并提出穩定控制鋼中氧的質量分數的方法。

60Si2CrVAT鋼； 精煉渣； 堿度； 氧的質量分數

引言

60Si2CrVAT鋼為鐵道部專用鋼號之一，主要用于制造鐵路貨車轉向架用圓柱螺旋彈簧，該鋼種技術要求極其嚴格，鐵道部運裝火車[342]號文件要求，該鋼種中氧的質量分數不大于13×10-6，疲勞壽命不低于300萬次。國內外研究表明[1-2]，降低氧的質量分數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質鋼材，有必要對60Si2CrVAT鋼生產過程中氧的質量分數變化情況進行跟蹤研究，以獲得一種穩定控制鋼中氧的質量分數生產方法。

1　研究方法

1.1工藝流程

鐵水預脫硫→100 t轉爐→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、鋁粒進行擴散脫氧。化渣后，盡快調渣，保證白渣精煉，R≥3.0，合金成分及溫度合適后，吊包送RH進行真空脫氣處理。

RH精煉：真空度≤67 Pa，保持時間≥15 min。處理結束后，喂入適量包芯線進行夾雜物變性處理，軟吹氬時間≥15 min。

連鑄：使用專用結晶器保護渣，過熱度20～30 ℃,拉矯溫度≥950 ℃。

軋制：Ф1100 mm初軋開坯機，開坯150 mm送十八架連軋機組軋制。

1.3研究內容

影響鋼中氧的質量分數的主要因素有生產過程、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、保護澆注等，本文主要研究生產過程、精煉渣組成、精煉渣堿度等因素對鋼中氧的質量分數的影響。

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。

取樣數量：鋼樣，每爐取一批，具體取樣部位為：轉爐出鋼后、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。數量：各1個。

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。數量：各1個。

1.5分析儀器

TC-436型氮氧測定儀1臺，ARL9800型X熒光分析儀1臺。

2　檢測數據

精煉渣樣、氧的質量分數分析數據如表1所示。

3　氧的質量分數影響因素研究分析

3.1生產過程氧的質量分數變化情況

對表1中氧的質量分數數據按各取樣位置取平均值并做出趨勢圖，如圖1所示。

從圖1可以看出，在整個生產過程中氧的質量分數的變化規律如下：LF進站(11.50×10-6)和處理(12.30×10-6)前期鋼中氧的質量分數較高，隨著LF處理過程的進行，鋼中氧的質量分數逐漸降低，LF出站時鋼中氧的質量分數為9.10×10-6，故整個LF處理過程降氧的質量分數為2.4×10-6；在RH處理的整個過程中，鋼水中氧的質量分數繼續降低，RH進站時鋼中氧的質量分數為7.0×10-6，出站時鋼中氧的質量分數為6.00×10-6，故整個過程降氧的質量分數約1.0×10-6；而在RH處理結束至中間包澆注過程中，鋼水中氧的質量分數是持續上升的，中間包鋼中氧的質量分數為8.50×10-6，鋼坯中氧的質量分數為11.7×10-6，故該過程增氧的質量分數為5.7×10-6。

從統計數據可知，鋼坯平均氧的質量分數比RH處理平均氧的質量分數高5.7×10-6，根據對現場的觀察分析可知，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等中間包保護澆注措施不到位是主要因素；同時，鋼包澆水口，在中間包換鋼包澆鑄時，中間包鋼水液面波動較大也是影響因素之一。

表1　精煉渣樣、氧的質量分數分析數據/%

爐號取樣位置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　生產過程氧的質量分數變化情況

3.2精煉渣組成對氧的質量分數的影響

3.2.1渣中w(FeO+MnO)對氧的質量分數的影響

將表1中LF與RH過程所有精煉渣的w(FeO+MnO)與對應氧的質量分數做出趨勢圖，如圖2所示。

圖2　w(FeO+MnO)對氧的質量分數的影響

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

3.2.2爐渣堿度(CaO/SiO2)對氧的質量分數的影響

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

圖3　R(CaO/SiO2)對氧含量的影響

從圖3可以很明顯的看出，隨著爐渣堿度的增加，鋼中氧的質量分數呈現逐步減少的趨勢。同時從圖3可知，當精煉渣的堿度小于4.0時，鋼中的氧的質量分數最高，最高氧的質量分數達到16.1×10-6；隨著堿度的增加，鋼中氧的質量分數逐漸減少，但精煉渣的堿度大于5.0以后，氧的質量分數變化不大，逐漸趨向于平穩。

3.2.3爐渣中w(Al2O3)對氧的質量分數的影響

將表1中LF與RH過程所有精煉渣的w(Al2O3)與對應氧的質量分數做出趨勢圖，如圖4所示。

圖4　渣中w(Al2O3)對氧的質量分數的影響

從圖4可知，鋼中全氧含量與精煉渣中w(Al2O3)存在一定的對應關系，當w(Al2O3)較低時，鋼中全氧的質量分數相對較高；而當w(Al2O3)較高時，鋼中全氧的質量分數相對較低，當w(Al2O3)≥21%時，鋼中氧的質量分數基本穩定在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w(Al2O3)≥30%的情況，該條件下Al2O3對鋼水純凈度的影響將通過實驗來驗證。

4　結　論

(1)在LF及RH精煉過程中氧的質量分數呈降低趨勢；連鑄過程中增氧嚴重，高達5.7×10-6。

(2)對精煉渣的組成進行控制有利于得到較低氧的質量分數的鋼，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%的方法可以穩定將鋼中氧的質量分數控制在12×10-6以下。

[1]項程云主編.合金結構鋼[M].北京：冶金工業出版社,1999.

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

2015-03-25

王前，男，高級工程師，電話：13705238924

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