[发明专利]一种车轴钢钢锭的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金的制造方法，尤其涉及一种钢锭的制造方法。

背景技术

车轴钢用于制造铁路机车和车辆车轴的专业用钢。车轴是承受机车、车辆质量的关键部件，由于在运行中承受旋转弯曲和冲击等多项复杂应力，疲劳裂损是其主要破坏形式。因此，要求车轴钢须具有足够的强度和韧性，并且其对可以成为车轴裂纹源的各种冶金缺陷的要求十分严格。目前的车轴钢的制造方法大多使用电炉或小型转炉炼钢，然后经过成分调整工序，将钢水成分调整到目标范围内，最后浇注成钢锭。

但是，现有的车轴钢制造方法存在着一些问题，其主要问题是控制形成裂纹源缺陷的稳定性较差，主要原因是由于钢锭近表面夹杂物引起的裂纹缺陷所导致。因此，在车轴钢的生产过程中必须严格控制钢锭近表面的夹杂物数量，以消除现有的车轴钢制造方法中存在的冶金缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车轴钢钢锭的制造方法，该制造方法能够控制钢锭近表面的夹杂物数量，从而消除车轴钢表面的冶金缺陷，提高车轴钢的抗疲劳性能。

本发明的构思是控制转炉钢水碳含量在一定的范围内，并在转炉钢水倒出过程中的某个时刻点向钢包中加入一定量的合金，以使合金元素与铁元素形成一种复合熔体；同时一定量的合金元素与钢水中的氧气形成一种复合夹杂物，这种复合夹杂物非常容易从复合熔体钢水中上浮出去。然后在钢水表面加入一种渣料，利用此种渣料将从钢水中上浮出来的夹杂物固定住，使夹杂物不再回到钢水中。这样在钢锭凝固过程中，钢锭近表面的夹杂物数量会大幅度减少，不会在车轴钢表面形成影响疲劳性能的冶金缺陷。

根据上述发明目的，本发明提供了一种车轴钢钢锭的制造方法，其包括以下步骤：

(1)将25～35份Fe含量≥90wt％的废钢与280～295份C含量≥3.8wt％、温度≥1200℃的铁水加入转炉中。

(2)转炉熔炼：吹入氧气进行熔炼，当钢水中C含量在0.04～0.30wt％时，停止熔炼。

在转炉熔炼步骤中，氧气与碳进行的化学反应能够提高钢水温度，降低钢水中的碳含量。同时氧气与铁水中的其他化学元素产生的化学反应能够除去磷等杂质元素。

(3)加入合金：将钢水倒入钢包中；在钢水倒出过程中，当钢水倒出80～120份时，向钢包中的钢水加入1～1.5份Si含量≥75wt％的硅铁合金、1.2～1.6份Mn含量≥80wt％的锰铁合金、0.3～0.7份Al含量≥50wt％的铝铁合金以及0.5～1.2份C含量≥99wt％的碳粉。

在加入合金步骤中，加入的各种合金元素与铁元素形成复合熔体。当加入时刻点在钢水倒出80～120份时，所形成复合熔体能促进夹杂物从钢水中上浮。少部分合金元素同时也与钢水中的氧气生成了一种复合夹杂物，此种夹杂物容易从钢水中上浮去除，也容易被渣料固定在钢水的表面，不再进入到钢水中。

(4)LF精炼：将0.9～1.3份的渣料加入到钢包中，并从钢包底部向钢水中吹入流量为8～15Nm³/h的氩气，同时将钢水温度升高至1600～1630℃；其中，渣料包括以下成分：氧化钙：25～30wt％，氧化硅：20～25wt％，氧化铝：10～15wt％，以及其他不可避免的杂质。

LF精炼步骤能够促进钢水中的夹杂物上浮，并加入渣料，将上浮的夹杂物固定住，防止夹杂物回到钢水中。将钢水加热到1600～1630℃能够加快夹杂物的上浮速度。向钢水中吹入一定量的氩气是使钢水中的夹杂物更均匀地上浮。

(5)真空脱气装置处理：当真空度≤0.266KPa时，脱除钢水中的气体，并将钢水温度降低至1540～1560℃。

真空脱气装置处理是利用真空装置降低钢水中的氧气含量，进一步去除钢水中残留的夹杂物，同时利用钢水的自然温降，使钢水温度降低到1540～1560℃，使钢水适合凝固过程的需要。

(6)浇铸。

优选地，在上述车轴钢钢锭的制造方法中，步骤(4)中的渣料还包括以下成分：氧化镁：1～5wt％，氧化铁：15～22wt％，氧化锰2～6wt％，氟化钙1～5wt％。

优选地，在上述车轴钢钢锭的制造方法中，步骤(6)中的浇铸速度为4～5t/min，凝固时间为210～240min。

优选地，在上述车轴钢钢锭的制造方法中，步骤(6)中通入流量为10～20Nm³/h，Ar含量≥99.8wt％的氩气。

采用本发明所述的车轴钢钢锭的制造方法具有以下优点：