一种高纯净度珠光体钢的冶炼方法
阅读说明：本技术 一种高纯净度珠光体钢的冶炼方法 (Smelting method of high-purity pearlite steel ) 是由 杨海西 韩报明 胡建利 樊利智 蔡晓云 于 2021-07-24 设计创作，主要内容包括：通过对成分的改进、对冶炼工艺、精炼工艺、成分的控制,提供一种高纯净度珠光体钢的冶炼方法,其包括KR法铁水预处理,顶底复吹转炉冶炼,LF炉精炼和VD处理,可以得到具有更好的硬度和更优良的耐磨性能、耐腐蚀性能的珠光体钢。(The method for smelting the high-purity pearlite steel comprises the steps of KR method molten iron pretreatment, top-bottom combined blown converter smelting, LF furnace refining and VD treatment, and the pearlite steel with better hardness and better wear resistance and corrosion resistance can be obtained.)
技术领域
本发明涉及钢领域，具体地，涉及一种高纯净度珠光体钢轨的冶炼方法。
背景技术
铁路运输具有快速、安全、性价比高的特点，随着运行速度不断提高，线网越来越紧张，部分地区因为气候环境的影响会造成钢轨腐蚀，很明显这会加速钢轨的磨损、产生疲劳裂纹。如果裂纹一点点扩大最终导致断轨，就会造成最大安全事故。因此对于钢轨的抗裂纹能力、耐磨能力、抗腐蚀能力要求越来越高。
珠光体是钢轨品种中的一种典型类型，珠光体钢的应用范围很广，它包含交替排列的片状的渗碳体相与铁素体相。影响珠光体钢机械性能的要素很多，其中一个重要影响因素是珠光体片间距。珠光体片间距的细化可以使珠光体钢的强度提升，硬度提高。珠光体片间距同样也会影响珠光体钢的塑性，当珠光体的片层间距变小时，参与变形的片层数越多，变形越均匀，使得钢的塑性得到提高。
钢轨的纯净度与质量稳定程度是影响质量与性能的重要因素。在冶炼与轧制过程中，随着温度的变化，钢铁材料中不可避免地存在着非金属夹杂物和一些有害元素。纯净度控制的关键是对钢中氢、全氧、铝和非金属夹杂物等的控制，在常规钢的冶炼过程中经常使用铝脱氧，但是因为铝会形成氧化铝夹杂物，会引起钢轨的裂纹。另外，精炼工艺对于P、S、O、夹杂物的控制具有很大的影响，连铸工艺如果控制不当，会有气体进入钢水，大量夹杂物的形成，所以一直希望在冶炼工艺、精炼工艺、连铸工艺具有好的脱氧技术和脱氧产物去除。
发明内容
本发明的目的是通过对成分的改进、对冶炼工艺、精炼工艺的控制，提供一种高纯净度、具有更好的硬度和更优良的耐磨性能、耐腐蚀性能的珠光体钢冶炼方法。
本发明提供了一种高纯净度珠光体钢轨的冶炼方法，其特征在于：
(1)KR法铁水预处理，铁水预处理后的铁水的硫含量为≤0.01％；
(2)顶底复吹转炉冶炼；
(3)LF炉精炼，LF炉采用的精炼渣以质量百分比计是含有CaO 48-50％、SiO2 25-28％；
(4)VD处理，深真空脱气时间为≥15min，真空度不超过0.08KPa，吹氩流量为250～280NL/min，真空脱气后软吹时间为≥18min。
进一步的，本发明提供了一种高纯净度珠光体钢的冶炼方法，其特征在于：
(1)KR法铁水预处理，铁水预处理后的铁水的硫含量为≤0.01％；
(2)顶底复吹转炉冶炼，采用120t转炉，拉碳出钢，保证钢中的磷小于0.01％；转炉终点碳控制在0.15～0.40％，温度控制在1590～1620℃；挡渣出钢，渣层厚度0～30mm；转炉冶炼钢液出钢过程中加入脱氧剂，脱氧剂以质量百分比计含Si 72-73％、Ca 11-12％、Ba11-12％、SiC 1-2％、余量为Fe+Al+杂质元素，脱氧剂加入量为1.5～2.2kg/t钢液；
(3)LF炉精炼，底吹氩气4～5min后，所述底吹氩气的流量控制在150～180NL/min，利用电石进行脱氧精炼5-10min，再加入钒铁、铬铁进行合金化3-5min，并调节氩气的流量控制在180～200NL/min促进合金元素的溶解与吸收，再加入镍铁、铜铁合金进行合金化3-5min；后喂入硅钙线2m/吨钢、稀土，调节氩气流量为50～120NL/min，吹氩时间在10～15min促使大颗粒夹杂物充分上浮后钢液出站；LF炉采用特定的精炼渣以质量百分比计由CaO48-50％、SiO2 25-28％、MgO 8-15％、Al2O3 5-10％、CaF2 5-10％、FeO≤1.5％组成；
(4)VD处理，深真空脱气时间为≥15min，真空度不超过0.08KPa，吹氩流量为250～280NL/min，真空脱气后软吹时间为≥18min；
所述珠光体钢成分以重量百分数计为：C 0.83～0.88％；Si 0.7～0.8％；Mn 0.9～1.0％；Cr 0.70～0.75％；V 0.02-0.04％、Cu 0.02-0.04％、Ni 0.02-0.04％、P≤0.008％；S≤0.005％；Al≤0.004％、Ce：0.001％～0.005％、La 0.001％～0.005％，[H]≤0.00015、[N]≤0.006、[O]≤0.002，余量为Fe和不可避免的杂质。
以本领域常规轧制方法制造后所述钢的抗拉强度≥1180MPa，断后伸长率A≥12％，珠光体片层间距≤0.17微米，硬度400-430HB。
进一步的，脱氧剂以质量百分比计含Si 72％、Ca 11％、Ba 11％、SiC1％、余量为Fe+Al+杂质元素。
进一步的，脱氧剂以质量百分比计含Si 73％、Ca 12％、Ba 12％、SiC 2％、余量为Fe+Al+杂质元素。
进一步的，精炼渣以质量百分比计由CaO 48％、SiO2 25％、MgO 10％、Al2O3 8％、CaF2 8％、FeO≤1.5％组成。
进一步的，精炼渣以质量百分比计由CaO 50％、SiO2 28％、MgO 8％、Al2O3 6％、CaF2 7％、FeO≤1.5％组成。
本发明的有益效果：
现有钢铁冶炼技术中的脱氧剂很多都是铝脱氧、硅脱氧，少部分采用复合合金化脱氧，本发明因为为了避免铝的不利影响，从一开始就避免使用铝作用脱氧剂，因此选用的是Si、Ca、Ba复合脱氧剂。不过随着Si、Ca、Ba脱氧剂的价格较高，为了降低生产成本，逐渐考虑使用少量的SiC来辅助脱氧，但是SiC含量并不能加入太多，因为SiC的加入会造成钢水增碳，不利于C含量的精确控制。
精炼渣的使用在本领域是很常见的，通常成分就是CaO+SiO2+MgO+Al2O3，但是并不是所有的精炼渣都有普适性，通常与工艺、成分存在一定的配合度，因此其含量的控制应该与实际应用场景相配合。另外，考虑到精炼渣的粘度、流动性、脱硫能力、氧势，还应用了少量的CaF2。
通过对脱氧剂、精炼渣的针对性设计以及精炼工艺、珠光体钢的成分的特定改进，明显降低了O、N、H元素的含量，对于强度、硬度、耐磨性、抗裂纹能力的提高具有明显提高，具有显著的推广意义。A类夹杂物不超过0.5级，B、C类夹杂物0级，D类夹杂物不超过0.5级；
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1-4
一种高纯净度珠光体钢轨的冶炼方法，其特征在于：
(1)KR法铁水预处理，铁水预处理后的铁水的硫含量为≤0.01％；
(2)顶底复吹转炉冶炼，采用120t转炉，拉碳出钢，保证钢中的磷小于0.01％；转炉终点碳控制在0.15～0.40％，温度控制在1590～1620℃；挡渣出钢，渣层厚度0～30mm；转炉冶炼钢液出钢过程中加入脱氧剂，脱氧剂加入量为1.5～2.2kg/t钢液；
(3)LF炉精炼，底吹氩气4～5min后，所述底吹氩气的流量控制在150～180NL/min，利用电石进行脱氧精炼5-10min，再加入钒铁、铬铁进行合金化3-5min，并调节氩气的流量控制在180～200NL/min促进合金元素的溶解与吸收，再加入镍铁、铜铁合金进行合金化3-5min；后喂入硅钙线2m/吨钢、稀土，调节氩气流量为50～120NL/min，吹氩时间在10～15min促使大颗粒夹杂物充分上浮后钢液出站；LF炉采用特定的精炼渣以质量百分比计由CaO48-50％、SiO2 25-28％、MgO 8-15％、Al2O3 5-10％、CaF2 5-10％、FeO≤1.5％组成；
(4)VD处理，深真空脱气时间为≥15min，真空度不超过0.08KPa，吹氩流量为250～280NL/min，真空脱气后软吹时间为≥18min；
所述珠光体钢成分以重量百分数计为：C 0.83～0.88％；Si 0.7～0.8％；Mn 0.9～1.0％；Cr 0.70～0.75％；V 0.02-0.04％、Cu 0.02-0.04％、Ni 0.02-0.04％、P≤0.008％；S≤0.005％；Al≤0.004％、Ce：0.001％～0.005％、La 0.001％～0.005％，[H]≤0.00015、[N]≤0.006、[O]≤0.002，余量为Fe和不可避免的杂质。
对比例1-3
对比例1-3与实施例1-4的区别就在于脱氧剂的不同。
以上实施例1-4、对比例1-3采用的脱氧剂、效果如下表1所示：
Si
Ca
Ba
SiC
余量
[H][N][O]
实施例1
72
11
11
1
Fe+Al+杂质元素
[H]≤0.00015、[N]≤0.006、[O]≤0.002
实施例2
72.3
11.4
11.4
1.2
Fe+Al+杂质元素
[H]≤0.00015、[N]≤0.006、[O]≤0.002
实施例3
72.7
11.8
11.8
1.6
Fe+Al+杂质元素
[H]≤0.00015、[N]≤0.006、[O]≤0.002
实施例4
73
12
12
2
Fe+Al+杂质元素
[H]≤0.00015、[N]≤0.006、[O]≤0.002
对比例1
50
15
15
0
Fe+Al+杂质元素
[H]≤0.0005、[N]≤0.015、[O]≤0.009
对比例2
60
18
18
0
Fe+Al+杂质元素
[H]≤0.0005、[N]≤0.015、[O]≤0.007
对比例3
60
18
18
4
Fe+Al+杂质元素
[H]≤0.0004、[N]≤0.012、[O]≤0.007
实施例5-6
一种高纯净度珠光体钢轨的冶炼方法，其特征在于：
(1)KR法铁水预处理，铁水预处理后的铁水的硫含量为≤0.01％；
(2)顶底复吹转炉冶炼，采用120t转炉，拉碳出钢，保证钢中的磷小于0.01％；转炉终点碳控制在0.15～0.40％，温度控制在1590～1620℃；挡渣出钢，渣层厚度0～30mm；转炉冶炼钢液出钢过程中加入脱氧剂，脱氧剂以质量百分比计含Si 72-73％、Ca 11-12％、Ba11-12％、SiC 1-2％、余量为Fe+Al+杂质元素，脱氧剂加入量为1.5～2.2kg/t钢液；
(3)LF炉精炼，底吹氩气4～5min后，所述底吹氩气的流量控制在150～180NL/min，利用电石进行脱氧精炼5-10min，再加入钒铁、铬铁进行合金化3-5min，并调节氩气的流量控制在180～200NL/min促进合金元素的溶解与吸收，再加入镍铁、铜铁合金进行合金化3-5min；后喂入硅钙线2m/吨钢、稀土，调节氩气流量为50～120NL/min，吹氩时间在10～15min促使大颗粒夹杂物充分上浮后钢液出站；LF炉采用特定的精炼渣；
(4)VD处理，深真空脱气时间为≥15min，真空度不超过0.08KPa，吹氩流量为250～280NL/min，真空脱气后软吹时间为≥18min；
所述珠光体钢成分以重量百分数计为：C 0.83～0.88％；Si 0.7～0.8％；Mn 0.9～1.0％；Cr 0.70～0.75％；V 0.02-0.04％、Cu 0.02-0.04％、Ni 0.02-0.04％、P≤0.008％；S≤0.005％；Al≤0.004％、Ce：0.001％～0.005％、La 0.001％～0.005％，[H]≤0.00015、[N]≤0.006、[O]≤0.002，余量为Fe和不可避免的杂质。
对比例4-7
对比例4-7与实施例5-6的区别就在于精炼渣的不同。参数、效果如下表2所示：
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
CaF2
[H][N][O]
实施例5
48
25
10
8
8
[H]≤0.00015、[N]≤0.006、[O]≤0.002
实施例6
50
28
8
6
7
[H]≤0.00015、[N]≤0.006、[O]≤0.002
对比例4
48
26
18
8
0
[H]≤0.0008、[N]≤0.020、[O]≤0.006
对比例5
50
26
17
7
0
[H]≤0.0008、[N]≤0.015、[O]≤0.006
对比例6
48
26
20
5
1
[H]≤0.0007、[N]≤0.017、[O]≤0.006
对比例7
50
27
16
4
3
[H]≤0.0007、[N]≤0.010、[O]≤0.006
实施例7
一种高纯净度珠光体钢轨的冶炼方法，其特征在于：
(1)KR法铁水预处理，铁水预处理后的铁水的硫含量为≤0.01％；
(2)顶底复吹转炉冶炼，采用120t转炉，拉碳出钢，保证钢中的磷小于0.01％；转炉终点碳控制在0.15～0.40％，温度控制在1590～1620℃；挡渣出钢，渣层厚度0～30mm；转炉冶炼钢液出钢过程中加入脱氧剂，脱氧剂以质量百分比计含Si 72-73％、Ca 11-12％、Ba11-12％、SiC 1-2％、余量为Fe+Al+杂质元素，脱氧剂加入量为1.5～2.2kg/t钢液；
(3)LF炉精炼，底吹氩气4～5min后，所述底吹氩气的流量控制在150～180NL/min，利用电石进行脱氧精炼5-10min，再加入钒铁、铬铁进行合金化3-5min，并调节氩气的流量控制在180～200NL/min促进合金元素的溶解与吸收，再加入镍铁、铜铁合金进行合金化3-5min；后喂入硅钙线2m/吨钢、稀土，调节氩气流量为50～120NL/min，吹氩时间在10～15min促使大颗粒夹杂物充分上浮后钢液出站；LF炉采用特定的精炼渣以质量百分比计由CaO48-50％、SiO2 25-28％、MgO 8-15％、Al2O3 5-10％、CaF2 5-10％、FeO≤1.5％组成；
(4)VD处理，深真空脱气时间为≥15min，真空度不超过0.08KPa，吹氩流量为250～280NL/min，真空脱气后软吹时间为≥18min；
以本领域常规轧制方法制造后所述钢的抗拉强度≥1180MPa，断后伸长率A≥12％，珠光体片层间距≤0.17微米，硬度400-430HB。
对比例8-10
以上实施例7、对比例8-10参数、效果如下表3所示：
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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