城轨车轮钢夹杂物尺寸超宽的分析与改进

闫耀洲， 李秋兰

（太原重工轨道交通设备有限公司， 山西 太原 030001）

生产实践·应用技术

城轨车轮钢夹杂物尺寸超宽的分析与改进

闫耀洲， 李秋兰

（太原重工轨道交通设备有限公司， 山西 太原 030001）

通过分析两种不同LF精炼渣的成分，比较了某厂两种工艺生产的车轮夹杂物水平。研究结果表明：采用碱度为4.5的精炼渣精炼，车轮的B类、C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、强力制动方向发展，为保障列车安全运行，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]。城轨车轮在运行过程中，车轮轮辋内部的非金属夹杂物对车辆安全运行产生显著影响[3]，特别是车轮中的脆性Al2O3将导致辋裂的发生[4]。世界各国标准对B类夹杂都有严格的要求，钢厂在生产过程中也都采用了夹杂物变性处理，但同时可能造成C类夹杂超标。本文对比了两种精炼工艺对车轮钢夹杂物控制的影响。

1 试验路线

1.1 工艺路线

电炉EAF+LF精炼+VD脱气，VD后进行钙处理，模铸圆錠。试验钢种为地铁车轮ER9钢。按照LF精炼渣碱度分别为3.5、4.5两种工艺进行试验对比。

1.2 取样位置

车轮成品在图1位置进行取样，试样大小为20×20×20（mm），对其进行抛光后采用FEI公司TENEO HiVac场发射扫描电子显微镜扫描电镜，按照GB10561—2005进行夹杂物检验。

图1 车轮成品取样位置图（单位：mm）

2 分析结果与讨论

2.1 两种碱度下的车轮夹杂物水平对比

将不同碱度工艺生产的钢锭轧制成车轮后，按图1位置取样进行分析。

表1为精炼渣碱度为3.5的工艺夹杂物检验结果。图2为相应的夹杂物SEM照片及能谱。明显看出，工艺1生产的钢锭锻造成车轮成品后，C类夹杂物达到标准极限。

表1 工艺1夹杂物结果 级

图2 碱度为3.5工艺对应的C类夹杂

表2为LF精炼渣碱度为4.5的工艺轧制成车轮后的夹杂物检验结果。下页图3为相应的夹杂物SEM照片及能谱。

表2 工艺2对应夹杂物结果 级

2.2 两种碱度工艺对应的车轮夹杂物级别

图3 碱度为4.5工艺对应的C类夹杂

表3 LF冶炼过程中化学成分及氧含量变化情况

下页表3列出了两种碱度冶炼过程中化学成分及氧含量的变化情况。可以看出，LF出站溶解氧为w[O]=15.6×10-6，表明该号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，辗轧成车轮后可造成夹杂物（超宽/粗大）超标。

表4给出了两种工艺LF精炼渣的过程成分。据文献报道[3]，造成夹杂物超宽或粗大的情况与精炼过程中的脱氧及其终脱氧效果有关，钢中夹杂物的类型、尺寸等与精炼的脱氧方式、脱氧过程有关。

当精炼初始氧含量高而过程中脱氧不足，即溶解氧高时，易产生粗大的聚集夹杂物。钢的最终脱氧效果与精炼渣组分、黏度等吸附夹杂物的能力、Ar气搅拌压力、流量效果等因素有关。一般可用钢的全氧含量评定夹杂物水平，TO含量越低，滞留在钢中的夹杂物总量越少，表明钢的纯净度越高。

如果LF精炼过程中脱氧不足，即使钢材中TO含量不高，残留在钢材中的极少量的粗大夹杂物仍可导致最终产品的夹杂物因超宽或粗大超标。在造渣工艺稳定、钢中TO不高的情况下，解决夹杂物超宽或粗大的有效措施是通过采用补加Al等深脱氧方法，可降低LF精炼溶解氧含量，它能够同时防止C类和DS类等氧化物类夹杂超标。

表4 精炼渣样分析

3 结论

1）精炼渣碱度为4.5时，其脱氧能力和吸收夹杂的特性较强，车轮成品中Al与TO含量均比较稳定，即车轮成品w(Al)=0.007%～0.013%，平均w(Al) =0.009%；w(TO)≤13×10-6，能够保障车轮成品C类夹杂级别较低且细小不超宽。

2）采用补加Al等深脱氧方法可降低LF精炼溶解氧含量，它能够同时防止C类和DS类等氧化物类夹杂因超宽或粗大超标。

[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（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[G]//2012年全国炼钢-连铸生产技术会论文集（上）.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：王瑾）

Analysis and Improvement of Dimension Super Width of Inclusion in Urban Rail Wheel Steel

YAN Yaozhou,LI Qiulan
（Taiyuan Heavy Industry Rail Transit Equipment Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030001）

By analyzing the composition of two kinds of LF refining slag,the level of wheel inclusions produced by two processes in a factory is compared.The results show that the inclusion index of B and C wheels through refining slag with the basicity of 4.5 can meet the application requirements.

wheel steel,inclusion,refining slag,basicity

TF769

A

1672-1152（2017）03-0063-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.03.26

2017-04-05

闫耀洲（1962—），男，山西运城人，工程师，现主要从事轨道交通轮轴制造技术研究工作。