铁道车辆辗钢车轮用钢中氧化物类夹杂的控制技术研究

李伟

（山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心， 山西　太原　030003）



铁道车辆辗钢车轮用钢中氧化物类夹杂的控制技术研究

李伟

（山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心， 山西太原030003）

通过分析两种不同LF精炼渣的成分，针对试验结果比较某厂两种工艺生产的车轮钢夹杂物水平。研究结果表明：采用碱度为4.5的精炼渣精炼，车轮钢的B类、C类、D类及DS类夹杂指标均达到使用要求。

车轮钢夹杂物精炼渣碱度

近年来，随着我国铁路运输向着高速、重载、强力制动方向的发展，要求列车承重和运行的重要部件——车轮具有越来越高的冶金质量[1-2]。众所周知，钢中的B类、C类、D类及DS类夹杂均属于氧化物类夹杂，而非金属夹杂的类型、数量、尺寸、分布对钢的使用性能产生显著影响[3]，特别是一定尺寸的Al2O3夹杂容易成为车轮各种破损的疲劳源[4]。目前，B类夹杂能够满足新铁标规定的小于1级的要求，但同时可能造成C类夹杂超宽（硅酸盐夹杂宽度＞12μm）。因此，研究不同渣系对辗钢车轮钢中氧化物类夹杂物控制的影响，为大生产提供工艺指导。

1　研究方法

试验用钢为ER9辗钢车轮钢，炼钢工艺流程为：电炉冶炼—LF精炼—VD脱气—钢液钙处理—浇铸。在炼渣碱度R为3.5和4.5的两种渣系下对钢中氧化物类夹杂的控制进行研究。将不同渣系生产的铸坯采用辗钢工艺成轮后截取20mm×20mm×20mm的试样，对其研磨抛光，采用FEI公司novo430扫描电镜对研磨抛光后的试样进行夹杂物分析。

2　试验结果与讨论

将两种渣系生产的铸坯锻制成轮后，截取试样进行夹杂物分析。表1为LF精炼渣碱度为3.5的工艺成轮后的夹杂物检验结果。图1为相应的夹杂物SEM照片及能谱。从图1可明显看出：渣系1（R=3.5）生产的钢锭经锻造成为车轮成品后C类夹杂物超标。

图1　渣系1对应的C类非金属夹杂SEM照片及能谱

表2为LF精炼渣碱度为4.5的工艺成轮后的夹杂物检验结果。图2为相应的夹杂物SEM照片及能谱。经对比，采用渣系1、渣系2生产的钢坯锻造成轮后各类夹杂物均合格。

表2　渣系2（R=4.5）对应夹杂物结果

图2　渣系2对应的C类非金属夹杂SEM照片及能谱

表3列出了两种渣系冶炼过程中主要化学成分及氧含量的变化情况。从表3可以看出：渣系1，LF出站溶解氧高，w[O]=15.5×10-6。表明：该炉号LF精炼钢水脱氧不充分、易产生粗大硅酸盐等氧化物类夹杂，被辗轧成车轮后可造成夹杂物（超宽/粗大）超标。

表3　冶炼过程中主要化学成分及氧含量测定情况

表4给出了两种工艺LF精炼渣的过程成分。众所周知[3]：造成夹杂物超宽/粗大的情况与精炼脱氧过程及其终脱氧效果有关；钢中夹杂物的类型及其组成、结构、尺寸、形态、冷热锻轧变形能力等与精炼的脱氧方式、脱氧过程有关。精炼初始，当氧含量高、精炼中脱氧不足（溶解氧高）时，易产生粗大夹杂物。钢材的最终脱氧效果与精炼渣吸附夹杂的能力、氩气搅拌去除夹杂效果等工艺能力有关，通常可用钢的全氧含量评定，w(TO)越低，滞留在钢中的夹杂物总量越少、钢质洁净度越高。

综上所述，当LF精炼过程中脱氧不足（溶解氧高）、产生的粗大夹杂物较多时，即使在钢材全氧含量不高（精炼渣吸收夹杂能力正常、最终脱氧效果正常、夹杂总量不多）的情况下，残留在钢材中的极少量的粗大夹杂物仍可导致锻轧件最终产品的夹杂物（超宽/粗大）超标。在造渣工艺稳定、钢材全氧（TO）不高的情况下，解决夹杂物超宽/粗大的有效措施是：采用碱度为4.5的精炼渣精炼，通过补加Al等深脱氧方法，降低LF精炼溶解氧含量，同时防止C类和DS类等氧化物类夹杂（超宽/粗大）超标。

表4　精炼渣样分析

3　结论

1）铝含量越低、溶解氧越高，则钢脱氧产物的组成结构类型由B类夹杂转化为C类和DS类夹杂的趋势越明显，而且溶解氧很高时夹杂物超宽的可能性增大。

2）碱度为3.5、4.5的两种精炼渣均可实现B类夹杂物达到0级。

3）碱度为4.5的精炼渣脱氧和吸收夹杂的能力较强，即LF工序终点Al与溶解氧含量在较大范围内变动时，锻轧件成品中Al与全氧含量均比较稳定（成品w(Al)≈0.007%～0.013%、平均w(Al)=0.009%，w(TO)≤13×10-6），而且能够保障C类夹杂不超宽、各种氧化物类夹杂均合格。

[1]范鼎东，史怀远，朱瑞田，等.车轮钢大型夹杂形成机理研究[J].华东冶金学院学报，2000，17（2）：113-117.

[2]王晓东.CL60钢碳与夹杂物的控制[J].大型铸锻件，2006（3）：17-20.

[3]王新华，李强，黄福祥，等.X80/70管线钢板条串状CaO-Al2O3系B类夹杂物控制研究[C]//2012年全国炼钢-连铸生产技术会.北京：中国金属学会，2012：12-20.

[4]周寿好，龚志翔.车轮轮箍钢失效与夹杂物控制[J].钢铁研究，2000，117（6）：12-15.

（编辑：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

李伟（1968—），男，从事铁路车辆用车轮钢及石油钻具用钢的冶炼工艺技术及产品开发工作，工程师。