鐵道車輛輾鋼車輪用鋼中氧化物類夾雜的控制技術研究

李偉

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術中心， 山西　太原　030003）

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鐵道車輛輾鋼車輪用鋼中氧化物類夾雜的控制技術研究

李偉

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術中心， 山西太原030003）

通過分析兩種不同LF精煉渣的成分，針對試驗結果比較某廠兩種工藝生產的車輪鋼夾雜物水平。研究結果表明：采用堿度為4.5的精煉渣精煉，車輪鋼的B類、C類、D類及DS類夾雜指標均達到使用要求。

車輪鋼夾雜物精煉渣堿度

近年來，隨著我國鐵路運輸向著高速、重載、強力制動方向的發展，要求列車承重和運行的重要部件——車輪具有越來越高的冶金質量[1-2]。眾所周知，鋼中的B類、C類、D類及DS類夾雜均屬于氧化物類夾雜，而非金屬夾雜的類型、數量、尺寸、分布對鋼的使用性能產生顯著影響[3]，特別是一定尺寸的Al2O3夾雜容易成為車輪各種破損的疲勞源[4]。目前，B類夾雜能夠滿足新鐵標規定的小于1級的要求，但同時可能造成C類夾雜超寬（硅酸鹽夾雜寬度＞12μm）。因此，研究不同渣系對輾鋼車輪鋼中氧化物類夾雜物控制的影響，為大生產提供工藝指導。

1　研究方法

試驗用鋼為ER9輾鋼車輪鋼，煉鋼工藝流程為：電爐冶煉—LF精煉—VD脫氣—鋼液鈣處理—澆鑄。在煉渣堿度R為3.5和4.5的兩種渣系下對鋼中氧化物類夾雜的控制進行研究。將不同渣系生產的鑄坯采用輾鋼工藝成輪后截取20mm×20mm×20mm的試樣，對其研磨拋光，采用FEI公司novo430掃描電鏡對研磨拋光后的試樣進行夾雜物分析。

2　試驗結果與討論

將兩種渣系生產的鑄坯鍛制成輪后，截取試樣進行夾雜物分析。表1為LF精煉渣堿度為3.5的工藝成輪后的夾雜物檢驗結果。圖1為相應的夾雜物SEM照片及能譜。從圖1可明顯看出：渣系1（R=3.5）生產的鋼錠經鍛造成為車輪成品后C類夾雜物超標。

圖1　渣系1對應的C類非金屬夾雜SEM照片及能譜

表2為LF精煉渣堿度為4.5的工藝成輪后的夾雜物檢驗結果。圖2為相應的夾雜物SEM照片及能譜。經對比，采用渣系1、渣系2生產的鋼坯鍛造成輪后各類夾雜物均合格。

表2　渣系2（R=4.5）對應夾雜物結果

圖2　渣系2對應的C類非金屬夾雜SEM照片及能譜

表3列出了兩種渣系冶煉過程中主要化學成分及氧含量的變化情況。從表3可以看出：渣系1，LF出站溶解氧高，w[O]=15.5×10-6。表明：該爐號LF精煉鋼水脫氧不充分、易產生粗大硅酸鹽等氧化物類夾雜，被輾軋成車輪后可造成夾雜物（超寬/粗大）超標。

表3　冶煉過程中主要化學成分及氧含量測定情況

表4給出了兩種工藝LF精煉渣的過程成分。眾所周知[3]：造成夾雜物超寬/粗大的情況與精煉脫氧過程及其終脫氧效果有關；鋼中夾雜物的類型及其組成、結構、尺寸、形態、冷熱鍛軋變形能力等與精煉的脫氧方式、脫氧過程有關。精煉初始，當氧含量高、精煉中脫氧不足（溶解氧高）時，易產生粗大夾雜物。鋼材的最終脫氧效果與精煉渣吸附夾雜的能力、氬氣攪拌去除夾雜效果等工藝能力有關，通常可用鋼的全氧含量評定，w(TO)越低，滯留在鋼中的夾雜物總量越少、鋼質潔凈度越高。

綜上所述，當LF精煉過程中脫氧不足（溶解氧高）、產生的粗大夾雜物較多時，即使在鋼材全氧含量不高（精煉渣吸收夾雜能力正常、最終脫氧效果正常、夾雜總量不多）的情況下，殘留在鋼材中的極少量的粗大夾雜物仍可導致鍛軋件最終產品的夾雜物（超寬/粗大）超標。在造渣工藝穩定、鋼材全氧（TO）不高的情況下，解決夾雜物超寬/粗大的有效措施是：采用堿度為4.5的精煉渣精煉，通過補加Al等深脫氧方法，降低LF精煉溶解氧含量，同時防止C類和DS類等氧化物類夾雜（超寬/粗大）超標。

表4　精煉渣樣分析

3　結論

1）鋁含量越低、溶解氧越高，則鋼脫氧產物的組成結構類型由B類夾雜轉化為C類和DS類夾雜的趨勢越明顯，而且溶解氧很高時夾雜物超寬的可能性增大。

2）堿度為3.5、4.5的兩種精煉渣均可實現B類夾雜物達到0級。

3）堿度為4.5的精煉渣脫氧和吸收夾雜的能力較強，即LF工序終點Al與溶解氧含量在較大范圍內變動時，鍛軋件成品中Al與全氧含量均比較穩定（成品w(Al)≈0.007%～0.013%、平均w(Al)=0.009%，w(TO)≤13×10-6），而且能夠保障C類夾雜不超寬、各種氧化物類夾雜均合格。

[1]范鼎東，史懷遠，朱瑞田，等.車輪鋼大型夾雜形成機理研究[J].華東冶金學院學報，2000，17（2）：113-117.

[2]王曉東.CL60鋼碳與夾雜物的控制[J].大型鑄鍛件，2006（3）：17-20.

[3]王新華，李強，黃福祥，等.X80/70管線鋼板條串狀CaO-Al2O3系B類夾雜物控制研究[C]//2012年全國煉鋼-連鑄生產技術會.北京：中國金屬學會，2012：12-20.

[4]周壽好，龔志翔.車輪輪箍鋼失效與夾雜物控制[J].鋼鐵研究，2000，117（6）：12-15.

（編輯：胡玉香）

Research on Control Technology of Oxide Inclusions in Wheel of Rolled-off Steel

LI Wei
（Technology Center of Shanxi Taiyuan Iron&Steel（Group）Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030003）

This paper compares the inclusion level of wheel by analyzing the composition of two LF refining slag.The result shows that the production of refined slag with basicity 4.5,the B class、C class、D class and DS class inclusion index of wheel are all up to the use requirements.

wheel steel,inclusion,refining slag,basicity

TG142.1+3

A

1672-1152（2016）02-0025-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.02.09

2016-02-24

李偉（1968—），男，從事鐵路車輛用車輪鋼及石油鉆具用鋼的冶煉工藝技術及產品開發工作，工程師。