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1、作者简介: 范连明( 1978) 材料工程师 2000 年毕业于北京科技大学 E-mail: fffff0947 sina. com铁道车辆用 LZ50 车轴钢生产工艺路线探讨范连明( 技术中心)摘 要: 介绍了利用本钢纯净的铁矿资源, 采用全铁法转炉和不同炉外精炼的工艺方法, 通过 800mm 轧机轧制成车辆用 LZ50 车轴坯钢。检验并对比产品的化学成分、 金相组织、 机械性能等指标, 以确定最佳的路线工艺。关键词: 车轴钢LZ50; 生产工艺路线; 探讨The Research of Technological Route on LZ50 Axle Steel for Railway V
2、ehicleFAN Lianming(T echnology Center)Abstract: The paper described that BX STEEL made full use of pure iron ore resources, and the process mode is a fulliron method converter combined with different refine way.T he LZ50axle steel and axle base steel have been producedby the 800mm mill and tested .
3、contract with the standards and use requirements in chemical composition, organization,mechanical performance and get the best refine way.Keywords: LZ50 axle steel; Technological Route; Research车轴是铁道车辆走行的重要部件, 其质量直接影响到车轴的承载能力和运输安全。随着国民经济发展, 铁道想高速、 大运量发展迅速, 原有车辆车轴质量技术条件已不能适应车辆的要求。因此, 我国一方面采用进口车轴, 另一方
4、面, 加速研制新一代车辆车轴。 国家经贸委于 80 年代下达了 铁路重载列车成套技术的研究 项目, 经过 10 余年的实验研究, 于 1998 年制定出了铁道行业标准 铁道车辆用 LZ50 钢车轴及钢坯技术条件 , 这项标准与美国 AAR 标准、 国际 ISO 标准、 欧盟UIC 标准水平一致 1, 具有国际先进水平。 铁道部考察了宝钢和本钢的设备和技术实力后, 确定这两家钢铁企业承担试制 LZ50 车轴钢任务。本钢接到 LZ50 车轴钢试制生产项目后, 结合本钢实际情况, 尤其是精炼设备的具体情况, 试图探讨一条最佳的生产工艺路径。1 LZ50 车轴钢主要技术要求由于车轴长时间运转, 要求有
5、高的疲劳强度,但疲劳强度不能直接控制, 只能靠严格控制夹杂物含量, 提高钢材纯净度来提高车轴钢 LZ50 的疲劳强度。因此, 除化学成分要求之外, 还有晶粒度、 非金属夹杂物、 低倍组织、 力学性能、 超声波探伤等检验指标考核, 并要求钢水中 H 2. 510- 6, 钢材中 O 3010- 6, 主要措施有以下几点:( 1) 压延比不小于 6: 1, 可以使车轴钢的组织更加均匀致密, 减少组织不均匀和疏松对性能的影响 2;( 2) 横断面收缩率( ?) 的要求, 以显示非金属夹杂物的含量和形态, 特别是硫化物的形态和含量 2;( 3) 晶粒度大于等于 5 级, 目的是使组织更加细密, 增加裂
6、纹扩展阻力, 还可以减少微裂存在的数量 3;( 4) H 含量考核指标, 避免钢材 “ 白点” 倾向, O 气体含量考核指标, 减少氧化物夹杂数量, 提高纯净度, 以达到提高疲劳强度的目的。具体技术指标要求见表 2:18本钢技术 2006 年第 4期表 1 化学成分( % )Tab. 1 Chemical composition牌号CSiMnPSCrNiCuAls0. 470. 170. 60LZ500. 550. 400. 900. 0300.0300. 300. 300. 250. 010表 2 LZ50 车轴钢技术指标Tab. 2 Technical index for LZ50 axl
7、e steel钢号断面尺寸/ mm压延比力学要求?b/MPa?s/MPa 5/ %?/ %LZ50230230不小于 6: 16103451935晶粒度高倍低倍气体5 级A、B、C、D2. 5 级A+ C3 级2. 5 级H 310- 6 O 3010- 62 实验方案制订 根据 LZ50 车轴钢的技术标准要求, 结合本钢现有装备水平, 我们认为转炉冶炼生产车轴钢 基本工艺路线是固定的, 即转炉、 炉外精炼、 模注、轧制、 检验等等, 要想既缩短生产时间、 降低成本,又满足产品的质量要求, 只有从难度大, 生产操作 工序长, 对冶金产品质量影响最大的炉外精炼工艺着手。 铁道车辆用 LZ50 钢
8、车轴及钢坯技术条 件 标准要求该 LZ50 车轴钢需进行真空脱气处理, 而且纯净度要求高。但该钢种属于中碳钢, 钢 水黏度较大, 在RH- T B 工序时容易堵塞RH 设备吸嘴, 造成设备故障。为适应大生产的需要, 不仅 着重对 RH-TB 设备生产该钢种做了重点试验,制订出仅用 RH-T B 设备和 LF-IRRH- T B 双联 工艺, 而且试图探索仅使用 LF-IR 设备生产该钢种。对此, 根据使用精炼工艺方法的不同, 设计出 了三条生产工艺流程, 流程如下:1 号: 本溪纯净铁矿高炉铁水预处理顶底复吹转炉RH- T B模铸( 氩气保护) 热 送均热800mm 轧机保温清理检查超声波探伤
9、检验包装入库。 2 号: 本溪纯净铁矿高炉铁水预处理顶底复吹转炉LF- IRRH-TB模铸( 氩气保 护) 热送均热800mm 轧机保温清理检查超声波探伤检验包装入库。3 号: 本溪纯净铁矿高炉铁水预处理顶底复吹转炉LF-IR模铸( 氩气保护) 热送 均热800mm 轧机保温清理检查超声波探伤检验包装入库。为了使试验结果更具有说服力, 结合本钢大 生产的实际情况, 对三条工艺路线都做了严格的控制, 具体工作如下:2. 1 原料控制 选用本溪特有纯净的铁矿石为高炉原料, 本溪铁矿资源不但硫、 磷含量低, 而且其它杂质元素Pb、 Sn、 As、 Sb、 Bi、 Co、 Ni、 V、 Zn 均很低,
10、 含量总和 为 0. 642% 。 并且, 铁水进入转炉前均进行铁水预处理, 兑铁时只加入少量优质废钢( 约 7t 左右) ,确保转炉冶炼后钢水的纯净度。 2. 2 复吹转炉冶炼工艺转炉冶炼 LZ50 车轴钢工艺重点是: 首先是脱氧合金化制度, 因为该钢种对气体 H 要求比 较严格, 因此, 采用硅铝钡锶钙复合脱氧剂脱氧时, 要求烘烤脱氧剂( 300) , 避免合金料中有水分进入钢水中, 合金加入顺序为硅铝钡锶钙 硅锰硅铁高锰中锰, 合金加入时间为合金总量2t 时: 出钢 1/ 4 开始至 1/ 2 加完; 合金总量 2t 时: 出钢 1/ 5 开始至 4/ 5 加完。 其次是控制终 点 C
11、和温度。LZ50 钢采用高拉碳法 4。19范连明 铁道车辆用LZ50车轴钢生产工艺路线探讨2. 3 炉外精炼工艺炉外精炼工艺分为 LF 喷粉制度要遵循, 合金化要在炉渣转白后进行, 喷粉要在完成合金化和温度调整后进行;喷吹Si- Ca 粉的罐压设定为 500700kPa, 处理周 期 1520min。 吹氩强度以钢水不裸露为准。 RH-TB 真空脱气处理的真空压力小于 1000Pa 以下,循环时间大于 10min。所设计的三条工艺路线, 区别为 1 号线仅使 用 RH-TB 真空脱气处理, 2 号线使用 LF 浇注速度: 锭身8min,帽口7min; 并装有氩气保护浇注设施, 防止钢水浇注过程
12、中的二次氧化和吸气。2. 5 加热和轧制 注锭完毕 60min 热送特钢 800mm 分厂加热, 开轧温度1150, 终轧温度1000; 轧制27 个道次, 开轧和终轧采用小压下量轧制。即保证了尺寸精度, 也保证细化组织, 晶粒度大于 5 级。3 结果分析3. 1 生产完成情况此次试验 LZ50 车轴钢共试制了 5 炉, 为 1 号线仅使用 RH-T B 真空脱气处理, 试验 2 炉, 炉号为 16177、 16191, 2 号线使用 LF&IRRH-T B双联精炼工艺, 试验 2 炉, 炉号为 35567、 35682, 3 号线仅使用 LF&IR 精炼工艺, 试验 1 炉, 炉号为1634
13、8。 对三条工艺路线生产的 5 炉车轴钢检验数据进行了统计, 如表 3:表 3 化学成分( % )Tab. 3 Chemical composition元素工序CSiMnPSCrNiCuAls16177RH0. 530. 260. 680. 0150. 0180. 040. 010. 020. 0216191RH0. 480. 280. 670. 0120. 0160. 020. 010. 020. 0335567LFRH0. 490. 230. 720. 0120. 0080. 020. 010. 010. 0235682LFRH0. 510. 290. 710. 0170. 0060. 0
14、10. 010. 020. 0516348LF0. 530. 250. 770. 0150. 0130. 010. 010. 010. 04表 4 力学性能、 低倍、 晶粒、 夹杂物Tab. 4 Dynamic performance、 fluctuation of macrostructure、 grain size、 class level of nonmetallic inclusion炉号力学性能低倍组织?s/MPa?bMPa5/%?%一般疏松中心疏松锭型偏析晶粒度非金属夹杂物A粗A细B粗B细161773987462135. 22. 51.01. 57. 52. 02. 51. 01.
15、 01619136870022. 646. 60. 50.52. 06. 52. 52. 51. 00. 53556737771622. 643. 600.52. 06. 51. 01. 50. 50. 53568238373421. 2411. 51.006. 51. 00. 50. 52. 01634841578017. 433. 91. 01.006. 52. 01. 00. 51. 020本钢技术 2006 年第 4期表 5 钢材气体含量及探伤情况Tab. 5 Gas content of steel stock crack dectection炉号气体情况( 10- 6)探伤情况HO
16、N产材总支数合格支数合格率/ %161770. 51864565191161910. 71270544685355670. 51055565293356820. 7965545194163480. 632705634613. 2 技术指标分析总体上, LZ50 车轴钢纯净的钢质由于采用低 硫、 磷的的矿产资源和少量优质废钢为转炉原料,经 LF/ RH 精炼处理, 使得非金属夹杂物总量少、形态弥散, 气体含量 H 、 O 低, 降低了氧化物量和控制了“ 白点” 产生。 另外, 经过配制合理的轧制 工艺, 确保了晶粒度, 使得组织均匀细致, 保证了热处理后的机械性能。对 3 条工艺路线生产的 5 炉车轴钢钢材进行 化学成分、 气体含量、 低倍组织、
