一种高性能铁路用辙叉钢及其冶炼工艺的制作方法

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1.本发明属于炼钢工艺技术领域，涉及一种高性能铁路用辙叉钢及其冶炼工艺。

背景技术：

2.铁路辙叉又称“道叉”，是保证铁路安全运行的关键设备。道叉在实际的运用过程中承受着剧烈摩擦力、冲击力、高低温下的交变应力，以前使用的铁路辙叉多为铸造生产，使用寿命低，过货量仅为8千万吨；出于安全方面的要求，铁路货运方面己经向着过货量2亿吨的方向发展，目前对铁路道叉材料提出了较高的技术要求,如成品[al]≤0.015%，[h]≤0.5ppm、[o]≤20ppm、[n]≤70ppm。同时由于辙叉产品的特殊用途，对性能提出了极为严格的技术要求。
[0003]
辙叉用于铁路上轨道之间的转换，在周期应力的作用下其钢中al2o3夹杂成为疲劳源，最终导致辙叉因疲劳裂纹的扩展，造成脱落或者断裂，当al2o3夹杂物尺寸大于26微米时，便极易成为裂纹源。辙叉产品属于高强钢，钢中氢含量的高低对于辙叉的使用寿命有着极大的影响。根据用户多年研究得到的结果，此产品只有当钢中的[h]≤0.5ppm时，才可以有效防止氢致开裂。

技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种高性能铁路用辙叉钢及其冶炼工艺，利用该工艺制成的铁路辙叉用钢，淬透性好，使用寿命长。
[0005]
本发明的目的是这样实现的：一种高性能铁路用辙叉钢，按照重量百分比包括如下化学成分：c0.20～0.30%、si 1.60～1.90%、mn 1.60～1.90%、cr 1.10～1.40%、ni 0.20～0.40%、mo0.30～0.50%、v≤0.20%、s≤0.005%、p≤0.010%、al≤0.015%、ti≤0.010%、nb≤0.010%、cu≤0.15%，余量为铁，其中对as、sn、pb、sb、bi含量无明确要求。
[0006]
一种高性能铁路用辙叉钢，以下成分重量百分含量为最佳选择：c0.22～0.27%、si 1.70～1.90%、mn 1.70～1.90%、cr 1.20～1.40%、ni 0.30～0.40%、mo0.40～0.50%、v0.10～0.20%、s≤0.003%、p≤0.008%、al≤0.015%、ti≤0.010%、nb≤0.010%、cu≤0.15%，五害元素总和as+sn+pb+sb+bi≤0.030%、余量为铁。
[0007]
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高性能铁路用辙叉钢冶炼工艺，所述冶炼工艺包括如下工序：步骤1）、精选配料：电弧炉冶炼用原材料按照重量百分比选用20～40%的低五害元素生铁、20～50%的返回钢料头，余料为优质钢屑，控制原材料中的五害元素总和as+sn+pb+sb+bi≤0.030%；步骤2）、电弧炉冶炼：加料前炉内提前加入0.5～1.5吨增碳剂及0.5～1.5吨石灰，熔清后边吹氧边流渣进行脱磷操作，温度≥1580℃取样分析，控制五害元素总和as+sn+pb+sb+bi≤0.030%；电炉出钢条件：[c] 0.05%～0.20%，[p]≤0.003%，出钢温度1630～1650℃；
出钢过程中严禁下渣；出钢1/4～3/4过程中随钢流加入10.0～20.0kg/t的特种硅铁、5.0～15.0kg/t的中碳锰铁合金、2.0～5.0kg/t的石灰，不加入铝块，[si]按1.00～1.80%控制、[mn]按0.50～1.50%控制，电炉留钢量≥5吨，保证出钢不下渣,出钢量满足冶炼要求；步骤3）、钢包炉精炼：钢包炉就位后先接通氩气进行搅拌、升温精炼，调整温度≥1550℃，加入5-10kg/t的石灰、1-3kg/t的萤石调整渣量，渣子化开后分3-4批加入碳粉1～2.0kg/t、硅铁粉2～4.0kg/t、铝粉1～2.0kg/t进行脱氧，渣白后进行微调合金，取样分析全成分，成分满足标准要求，温度≥1630℃吊包进入真空罐；步骤4）、真空罐脱气精炼：将钢包吊到真空罐内后接通氩气，盖上真空盖，温度≥1630℃，在≤0.67mbar下保持时间≥15分钟，然后解除真空压力后取样检测全成分和气体含量，vd后在线定氢、定氧，控制[h]≤0.8ppm、[o]≤5.0ppm、取玻璃管样分析氮含量，控制[n]≤40ppm；控制残[al]≤0.015%；按0.2～0.4m/t喂入钙线进行钙处理，喂线速度120m/min，出钢前吹氩弱搅拌时间≥12分钟；步骤5）、连铸：连铸用中间包在600℃下烘烤4.0～6.0小时，停烤后应立即用氩气管向中间包内充入氩气排除空气，结晶器保护渣采用wbp-7，中包使用无碳覆盖剂及碳化稻壳双层保护；按规定重量切割后趁热下转电渣车间；步骤6）、电渣重熔：在氩气保护下将电极坯电渣成电渣锭，电渣重熔采用从结晶器上口持续充入氩气，减少电渣过程中的吸氢；在重熔时持续加入脱氧剂脱氧，保持渣中（feo）含量不大于0.6%，进一步提高钢液纯净度。
[0008]
本发明的有益效果如下：本发明在配料时选用选用优质钢屑、低五害元素生铁、返回钢料头，控制原材料中的as+sn+pb+sb+bi≤0.03%，电弧炉冶炼控制碳、磷、温度满足工艺要求，偏心底电弧炉出钢时只出钢不出渣，同时在出钢过程中随钢流加入低铝硅铁、锰铁、复合脱氧剂及造渣材料；钢包炉吹氩精炼、升温、脱氧、脱硫、调整合金成分、真空脱气、出钢；模铸成锭。氩气或干空气保护将电极坯电渣成电渣锭，确保成品[al]≤0.015%，[h]≤0.5ppm、[n]≤70ppm。
具体实施方式
[0009]
实施例1：一种高性能铁路用辙叉钢及其冶炼工艺，包括如下工序：步骤1）、精选配料：电弧炉冶炼用原材料按照重量百分比选用20～40%的低五害元素生铁、20～50%的返回钢料头，余料为优质钢屑，控制原材料中的五害元素总和as+sn+pb+sb+bi≤0.030%；步骤2）、电弧炉冶炼：加料前炉内提前加入0.5～1.5吨增碳剂及0.5～1.5吨石灰，熔清后边吹氧边流渣进行脱磷操作，温度≥1580℃取样分析，控制五害元素[as]、[sn] 、[pb]、[sb]、[bi]均≤0.010%，控制五害元素总和as+sn+pb+sb+bi≤0.030%；电炉出钢条件：[c] 0.05%～0.20%，[p]≤0.003%，出钢温度1630～1650℃；出钢过程中严禁下渣；出钢1/4～3/4过程中随钢流加入10.0～20.0kg/t的特种硅铁、5.0～15.0kg/t的中碳锰铁合金、2.0～5.0kg/t的石灰，不加入铝块，[si]按1.00～1.80%控制、[mn]按0.50～1.50%控制，电炉留钢量≥5吨，保证出钢不下渣,出钢量满足冶炼要求；步骤3）、钢包炉精炼：钢包炉就位后先接通氩气进行搅拌、升温精炼，调整温度≥1550℃，加入5-10kg/t的石灰、1-3kg/t的萤石调整渣量，渣子化开后分3-4批加入碳粉1～
2.0kg/t、硅铁粉2～4.0kg/t、铝粉1～2.0kg/t进行脱氧，渣白后进行微调合金，取样分析全成分，成分满足标准要求，温度≥1630℃吊包进入真空罐；步骤4）、真空罐脱气精炼：将钢包吊到真空罐内后接通氩气，盖上真空盖，温度≥1630℃，在≤0.67mbar下保持时间≥15分钟，然后解除真空压力后取样检测全成分和气体含量，vd后在线定氢、定氧，控制[h]≤0.8ppm、[o]≤5.0ppm、取玻璃管样分析氮含量，控制[n]≤40ppm；控制残[al]≤0.015%；按0.2～0.4m/t喂入钙线进行钙处理，喂线速度120m/min，出钢前吹氩弱搅拌时间≥12分钟；第一炉吊包温度：1555～1565℃，4～6连浇炉次1550～1560℃；步骤5）、连铸: 连铸用中间包在600℃下烘烤4.0～6.0小时，停烤后应立即用氩气管向中间包内充入氩气排除空气，结晶器保护渣采用wbp-7，中包使用无碳覆盖剂及碳化稻壳双层保护；按规定重量切割后趁热下转电渣车间；步骤6）、温度参数控制：钢包吊运至连铸平台测温，第一包温度1552～1565℃，连浇炉温度1548～1560℃，中间包测温温度1500～1520℃；步骤7）、拉速：φ400mm过热度＜20℃20～40℃＞40℃目标拉速0.50m/min0.45m/min0.40m/min步骤8）、电渣重熔：在氩气保护下将电极坯电渣成电渣锭，电渣重熔采用从结晶器上口持续充入氩气，减少电渣过程中的吸氢；在重熔时持续加入脱氧剂脱氧，保持渣中（feo）含量不大于0.6%，进一步提高钢液纯净度；其中，电渣重熔前连铸坯表面氧化皮清理干净，并在600℃下烘烤5-6h；电渣重熔所用渣料在800℃烘干5-6h，然后在400℃以上保温待用；重熔时采取氩气保护，进一步降低渣池上方气氛的湿度，防止渣池吸气增h；采用caf2:al2o3:cao:sio2=63:20:15:2的四元预熔渣，根据母材中硅含量，在重熔过程中采用自动加料机持续加入脱氧剂脱氧，保持渣中（feo）含量不大于0.6%；进一步提高钢液纯净度，确保成品[al]≤0.015%，[h]≤0.5ppm、[n]≤70ppm。
[0010]
冶炼成的高性能辙叉用钢化学成分见下表，表中是列出不同生产方式生产出的辙叉钢的成分对比，结果表明，采用本发明工艺所生产的低铝高硅辙叉用钢，成分、气体含量满足要求，制成的铁路辙叉用钢，铁路实际运输过货量可达2亿吨。
[0011]
附：高性能铁路用辙叉钢化学成分（m%）元素目标成分m%本实施例加普通硅铁法普通电渣法c0.20-0.300.250.260.27si1.60-2.001.701.731.75mn1.60-2.001.801.851.88p≤0.0200.0080.0090.010s≤0.0050.0020.0030.005cr1.10-1.401.301.321.33mo0.30-0.500.400.410.41ni0.20-0.400.280.250.27v≤0.200.110.110.12
al≤0.0150.0130.0230.018as≤0.0150.0070.0100.012sn≤0.0100.0050.0080.007pb≤0.0050.0010.0010.002sb≤0.0050.0020.0030.003bi≤0.0050.0010.0010.001[h]ppm≤0.50.450.600.80[o]ppm≤158.010.012.0[n]ppm≤70566078

技术特征：

1.一种高性能铁路用辙叉钢，其特征在于，按照重量百分比所述辙叉钢包括如下化学成分：c 0.20～0.30%、si 1.60～1.90%、mn 1.60～1.90%、cr 1.10～1.40%、ni 0.20～0.40%、mo 0.30～0.50%、v≤0.20%、s≤0.005%、p≤0.010%、al≤0.015%、ti≤0.010%、nb≤0.010%、cu≤0.15%，余量为铁，其中对as、sn、pb、sb、bi含量无明确要求。2.如权利要求1所述的一种高性能铁路用辙叉钢，其特征在于，按照重量百分比所述辙叉钢的化学成分最佳选择如下：c 0.22～0.27%、si 1.70～1.90%、mn 1.70～1.90%、cr 1.20～1.40%、ni 0.30～0.40%、mo 0.40～0.50%、v 0.10～0.20%、s≤0.003%、p≤0.008%、al≤0.015%、ti≤0.010%、nb≤0.010%、cu≤0.15%、五害元素总和as+sn+pb+sb+bi≤0.030%、余量为铁。3.一种高性能铁路用辙叉钢的冶炼工艺，其特征在于，所述冶炼工艺包括如下工序：步骤1）、精选配料：电弧炉冶炼用原材料按照重量百分比选用20～40%的低五害元素生铁、20～50%的返回钢料头，余料为优质钢屑，控制原材料中的五害元素总和as+sn+pb+sb+bi≤0.030%；步骤2）、电弧炉冶炼：加料前炉内提前加入0.5～1.5吨增碳剂及0.5～1.5吨石灰，熔清后边吹氧边流渣进行脱磷操作，温度≥1580℃取样分析，控制五害元素总和as+sn+pb+sb+bi≤0.030%；电炉出钢条件：[c] 0.05%～0.20%，[p]≤0.003%，出钢温度1630～1650℃；出钢过程中严禁下渣；出钢1/4～3/4过程中随钢流加入10.0～20.0kg/t的特种硅铁、5.0～15.0kg/t的中碳锰铁合金、2.0～5.0kg/t的石灰，不加入铝块，[si]按1.00～1.80%控制、[mn]按0.50～1.50%控制，电炉留钢量≥5吨，保证出钢不下渣,出钢量满足冶炼要求；步骤3）、钢包炉精炼：钢包炉就位后先接通氩气进行搅拌、升温精炼，调整温度≥1550℃，加入5-10kg/t的石灰、1-3kg/t的萤石调整渣量，渣子化开后分3-4批加入碳粉1～2.0kg/t、硅铁粉2～4.0kg/t、铝粉1～2.0kg/t进行脱氧，渣白后进行微调合金，取样分析全成分，成分满足标准要求，温度≥1630℃吊包进入真空罐；步骤4）、真空罐脱气精炼：将钢包吊到真空罐内后接通氩气，盖上真空盖，温度≥1630℃，在≤0.67mbar下保持时间≥15分钟，然后解除真空压力后取样检测全成分和气体含量，vd后在线定氢、定氧，控制[h]≤0.8ppm、[o]≤5.0ppm、取玻璃管样分析氮含量，控制[n]≤40ppm；控制残[al]≤0.015%；按0.2～0.4m/t喂入钙线进行钙处理，喂线速度120m/min，出钢前吹氩弱搅拌时间≥12分钟；步骤5）、连铸：连铸用中间包在600℃下烘烤4.0～6.0小时，停烤后应立即用氩气管向中间包内充入氩气排除空气，结晶器保护渣采用wbp-7，中包使用无碳覆盖剂及碳化稻壳双层保护；按规定重量切割后趁热下转电渣车间；步骤6）、电渣重熔：在氩气保护下将电极坯电渣成电渣锭，电渣重熔采用从结晶器上口持续充入氩气，减少电渣过程中的吸氢；在重熔时持续加入脱氧剂脱氧，保持渣中（feo）含量不大于0.6%，进一步提高钢液纯净度。

技术总结

本发明涉及一种高性能铁路用辙叉钢及其冶炼工艺，按照重量百分比包括如下化学成分：C 0.20～0.30%、Si 1.60～1.90%、Mn 1.60～1.90%、Cr 1.10～1.40%、Ni 0.20～0.40%、Mo 0.30～0.50%、V≤0.20%、S≤0.005%、P≤0.010%、Al≤0.015%、Ti≤0.010%、Nb≤0.010%、Cu≤0.15%，余量为铁，包括如下工序：（1）、精选配料，控制有害元素含量；（2）、电弧炉冶炼，控制碳、磷、温度满足工艺要求，出钢时随钢流加入低铝硅铁、锰铁、造渣材料石灰，不加铝块；（3）、钢包炉吹氩精炼、升温、脱氧、调整合金成分、成分合格后吊包真空脱气、吹氩喂钙线强化脱氧；（4）、立式连铸机连铸成连铸坯；（5）、采取氩气保护将连铸坯电渣成电渣锭；利用该工艺制成的铁路辙叉用钢，淬透性好，使用寿命长。使用寿命长。