車軸鋼連鑄方法

2023-12-02 07:50:11

專利名稱：：車軸鋼連鑄方法
技術領域：
：本發明涉及連鑄方法，尤其涉及車軸鋼連鑄。
背景技術：
：連鑄是目前普遍採用的鋼鐵鑄造工藝，具體地，將煉好的鋼水倒在中間包中(可裝幾十噸鋼水)，液態的鋼水通過中間包下的小孔垂直地流到不停振動的結晶器中。結晶器外用高壓水不停冷卻，鋼水在結晶器中形成外部是固態，內部還是液態的形態。結晶器外是一段弧形的冷卻輥道，鑄坯在該冷卻輥道上移動，通常依次經過水冷區和空冷區而得到全部成固態的鑄坯。車軸是鐵道車輛走行的重要部件，其質量狀態直接關係到車輛的承載能力和運輸安全。世界各國鐵路部門都非常重視車輛用車軸鋼的生產工藝技術和實物質量的提高，而決定車軸的質量關鍵在於軸坯的質量。由於車軸鋼屬於中碳鋼，連鑄時，凝固過程中樹枝晶發達，容易在鑄坯芯部形成樹枝晶"搭橋"，凝固過程因選分結晶的作用使枝晶間富集了大量低熔點的溶質，在凝固末期鑄坯凝固末端固液兩相區的凝固收縮產生的強大抽吸力引起樹枝晶間富集雜質的殘餘液體向中心流動並充填於其中，進而產生中心偏析、中心疏鬆、中心縮孔和中心裂紋等內部缺陷。鑄坯的後續生產工藝中雖然經過了軋制、鍛造等機械加工，但壓縮比一般為3-5，難以在後續的機械加工過程中消除鑄坯中心的縮松和裂紋，經超聲波探傷可得到鑄坯中心偏析、中心疏鬆、中心縮孔和中心裂紋等內部缺陷的級別和指數，結果很難滿足車軸鋼鑄坯標準的要求，因此，模鑄工藝一直是生產車軸鑄坯的首選方式。但模鑄不能適應快速發展的鐵路交通的需要，生產量有限，因此，制定合理的連鑄方法，解決車軸鋼連鑄坯的中心疏鬆、中心縮孔和中心裂紋問題，是生產出優質車軸鋼的關鍵。在連鑄過程中施加力學加工，如輕壓下技術，可以有效改善鑄坯的成分偏析、疏鬆和裂紋等缺陷。如圖l所示，輕壓下即是在凝固末端(完全凝固)之前的鑄坯部分上，使用輕壓下機架對心部未完全凝固的鑄坯部分施加輕壓處理，以增加未凝固的液相流動，使該液相填充鑄坯中的疏鬆和縮孔，從而消除成分偏析、疏鬆和中心縮孔等缺陷，防止形成中心裂紋。但是，輕壓下技術的關鍵在於控制輕壓下區域，即各壓下機架的位置(即壓下位置)、各機架的壓下量和總壓下量。
發明內容為了減輕連鑄車軸鑄坯的中心疏鬆、中心縮孔等內部缺陷，防止中心裂紋，並提高鑄坯產量，實現車軸鋼的連鑄方法轉變，本發明提供一種車軸鋼連鑄方法。該方法包括將鋼水從中間包澆注至結晶器，形成未完全凝固的車軸鋼鑄坯，然後將該未完全凝固的車軸鋼鑄坯以拉速v從結晶器中拉出並依次經過二冷區和空冷區，最後得到完全凝固的車軸鋼鑄坯，其中，該方法還包括使用依次設置在空冷區的多個輕壓下機架中的至少一個對所述未完全凝固的車軸鋼鑄坯實施輕壓下的輕壓下過程，所述未完全凝固的車軸鋼鑄坯在所述輕壓下過程中的中心固相率fs保持在0.2-0.95。3對中心固相率為0.2-0.95的沒有完全凝固的車軸鋼鑄坯進行輕壓下，可以一方面消除或減少因鑄坯收縮形成的內部空隙，從而防止晶間富集溶質的鋼液向鑄坯中心橫向流動；另一方面輕壓下所產生的擠壓作用還可以促使液芯中心富集溶質的鋼液沿拉坯方向反向流動，使溶質元素在鋼液中重新分配，從而使鑄坯的凝固組織更加均勻緻密，達到改善中心偏析的目的。通過中心固相率確定總壓下量和各機架分配的壓下量可以更好地控制車軸鋼大方坯的質量。對本發明的連鑄方法得到的車軸鑄坯進行探傷，在車軸的軸向和徑向探傷所得結果均能滿足TB/T1618-2001標準的要求。其中，鑄坯中心偏析《0.5級，鑄坯中心碳偏析指數1.011.04，平均1.02;鑄坯中心疏鬆《1.0級；中心縮孔0級；探傷合格率達到100%。圖1所示為輕壓下過程的示意圖；圖2所示為本發明的車軸鋼連鑄方法示意圖。圖3所示為實施例3的工藝參數下，鑄坯的中心固相率與澆注的鋼水液面之間的距離的關係曲線。具體實施例方式根據本發明的車軸鋼連鑄方法，如圖2所示，鋼水從中間包流至結晶器並經過結晶器、二冷區和空冷區得到車軸鋼鑄坯。在空冷區設置有輕壓下設備，該輕壓下設備包括依次編號設置的多個輕壓下機架，各機架的位置可以固定不變，但可以調整各機架分配的壓下量。鑄坯以一定的拉速v經過空冷區，並經過實施輕壓下過程的輕壓下區域。其中，多個輕壓下機架中至少一個對鑄坯實施輕壓下，對鑄坯實施輕壓下的輕壓下機架之間的區域構成了輕壓下區域。在輕壓下過程中，所述車軸鋼鑄坯的中心固相率fs為0.2-0.95，也就是說，進出輕壓下區域時的鑄坯部分的中心固相率fs保持在0.2-0.95。更具體地，所述車軸鋼鑄坯經過實施輕壓下的第n個輕壓下機架時的中心固相率為fsn，該實施輕壓下的第n個輕壓下機架對所述車軸鋼鑄坯的壓下量Sn=-1.2339fsn2+2.4891fsn-0.2671(mm)，鑄坯經過實施輕壓下的第n個輕壓下機架後的總壓下量S=-9.8712fsn2+19.9848fsn-2.1368(mm)。例如，鑄坯經過實施輕壓下的第二個輕壓下機架時，中心固相率為fs2，第二個輕壓下機架的壓下量S2=-1.2339fs22+2.4891fs2-0.2671(mm)，經過第二個輕壓下機架後的總壓下量S=-9.8712fs22+19.9848fs2-2.1368(mm)。鑄坯某一位置的中心固相率fs(或fsn)可以根據本領域公知的方法來確定，例如formulaseeoriginaldocumentpage4計算得至lj(參見MarcandalliA，MapelliC，NicodemiW.A;ThermomechanicalModelforSimulationofCarbonSteelSolidificationinMouldinConti皿ousCastingslronmakingandSteelmaking;2003年第30巻第4期第265_272頁)。其中，T為所述位置的鑄坯中心的溫度(°C)，1\為液相線溫度(°C)，Ts為固相線溫度(°C)。由於空冷區內依次設置的各輕壓下機架與澆注液面之間的距離是固定的，因此，可以確定鑄坯以一定拉速v經過各輕壓下機架時鑄坯中心的溫度T，從而可以通過上述計算方法得到鑄坯進入輕壓下區域時、經過各機架時的中心固相率。輕壓下時，由於要保證fs為O.2-0.95，根據不同的澆注溫度、拉速v可以確定出需要使用的輕壓下機架數量，也就是說，基於上述參數，計算出當經過某一輕壓下機架時的fs小於0.2時，則不使用該輕壓下機架及設置在該輕壓下機架之前的輕壓下機架實施輕壓下，反之，當經過某一輕壓下機架時的fs大於0.95時，則不使用該輕壓下機架及設置在該輕壓下機架之後的輕壓下機架實施輕壓下。輕壓下區域為實施輕壓下的第一個輕壓下機架與實施輕壓下的最後一個輕壓下機架之間的距離。根據本發明的一種實施方式，各輕壓下機架的位置距澆注鋼水液面的距離如表l所示。表l輕壓下機架編號距澆注鋼水液面的距離/m1*21.8512*23.3513*24.8514*26.3515*27.9516*29.551根據表1，輕壓下設備的各機架設置在距澆注鋼水液面21.85129.551m的位置上，也就是說，6個輕壓下機架都實施輕壓下時，輕壓下區域的最大長度為7.7m。在輕壓下區域內，可以保證鑄坯經過該區域時，中心固相率為0.20.95。長的輕壓下區域可以適應因連鑄拉速、澆注溫度過熱引起的凝固末端變化，從而靈活調節實際輕壓下區域的長度和壓下量。優選地，為了在實施輕壓下之前使鑄坯的厚度儘量一致，在距澆注鋼水液面20.35lm的位置上設置有平整機架R。在本發明的一種實施方式中，採用連鑄方法生產LZ50車軸鋼鑄坯，LZ50車軸鋼的主要化學組分如下表2所示，鑄坯截面尺寸為360mmX450mm。表2cSiMnPSVAl0.470.570.170.400.600.900.0100.0200.0040.0200.020.040.020.06連鑄時，鋼液的澆注溫度為15001525。C，連鑄拉速控制在0.450.70m/min，且隨澆注溫度增加，拉速降低，以使凝固末端位置(鑄坯心部剛好完全凝固的位置)距澆注鋼水液面的距離為21.529.5m，為了確保鑄坯的凝固末端位於輕壓下區，從而在沒有完全凝固的狀態下實施輕壓下，如圖2和表1所示，輕壓下設備的各機架設置在距澆注鋼水液面20.35129.55lm的位置上(包括平整機架R，該平整機架R設置在最靠近澆注鋼水液面的位置上)。根據本發明的連鑄方法，對中心固相率fs為0.20.95的鑄坯部分進行輕壓下。在本實施方式中，鑄坯依次經過第一個、第二個……第n個實施輕壓下的輕壓下機架，且可以計算得到經過各機架時的fs，確定使用的機架數量，並根據輕壓下機架處鑄坯的fsn計算該機架處分配的鑄坯壓下量Sn=-1.2339fsn2+2.4891fsn-0.2671(mm)以及經過第n個輕壓下機架後對鑄坯所實施的總壓下量S=-9.8712fsn2+19.9848fsn_2.1368(mm)。優選地，單個輕壓下機架的最大壓下量不大於2mm，最大壓下速率不大於3mm/min。本實施方式的各實施例的具體參數如表3所示。表3tableseeoriginaldocumentpage6具體地，如實施例3所示的參數，在1518t:將LZ50車軸鋼鋼水澆注到中間包，鋼水從中間包流經結晶器，並在0.45m/min的拉速下經過二冷區和空冷區，從而在空冷區被輕壓下。輕壓下從1#輕壓下機架開始實施，根據表1，1#輕壓下機架位於距澆注鋼水液面21.851m處，在該位置可以根據拉速、澆注溫度等工藝參數計算得到該位置上的鑄坯溫度T，並根據本領域公知的公式算出該處的中心固相率fsJ0.20.95)，中心固相率與距澆注鋼水液面的距離的關係曲線如圖3所示，根據計算或圖3可知，在上述工藝參數下，只需使用前3個輕壓下機架，鑄坯經過4#輕壓下機架時已不能滿足fs為0.2-0.95。根據各機架分配的壓下量Sn=-1.2339fsn2+2.4891fsn-0.2671(mm)可以得到1#、2#、3#輕壓下機架的壓下量分別為1.78mm、l.94mm、l.89mm，總壓下量為5.61mrn，同時，根據S=-9.8712fs32+l9.9848fs3-2.1368(mm)可以得到經過3#輕壓下機架後鑄坯的總壓下量為5.61mm。根據計算結果，將1#、2#和3#輕壓下機架調整至相應的壓下量，並使4#、5#和6#輕壓下機架不實施輕壓下，也就是說，在本實施例中，輕壓下區域為1#輕壓下機架至3#輕壓下機架之間的距離(3m)，從而在具有適當的中心固相率、沒有完全凝固的鑄坯部分上實施與所述鑄坯部分相應的輕壓下，可以有效地減輕中心偏析、中心疏鬆、中心縮孔，消除中心裂紋。使用本發明的車軸鋼連鑄方法，減輕或消除了大方坯中心偏析、中心疏鬆、中心縮孔、中心裂紋等內部缺陷，與普通連鑄方法得到的鑄坯相比，本發明的車軸鋼連鑄方法得到的LZ50車軸鋼的鑄坯中心偏析評級《0.5級的比例由37%增至100%，中心疏鬆評級《1.0級的比例由28%增至100%，無中心縮孔的比例由33%增至100%，鑄坯中心碳偏析指數由1.071.19降至1.011.04，因鑄坯中心偏析、中心疏鬆嚴重而造成的車軸鋼改鋼率由95%降至0%，且由連鑄坯軋制、鍛造成的車軸滿足LZ50車軸的技術要求。根據本發明的另一種實施方式，採用本發明的連鑄方法生產JZ35車軸鋼鑄坯，JZ35車軸鋼的主要化學組分如表4所示，鑄坯截面尺寸為360mmX450mm。表4tableseeoriginaldocumentpage7連鑄時，鋼液的澆注溫度為15101525t:，連鑄拉速控制在0.450.70m/min，如圖2所示，輕壓下設備的各機架設置在距澆注鋼水液面21.85129.551m的位置上，對中心固相率fs在0.20.95的鑄坯部分進行輕壓下。在本實施方式中，鑄坯依次經過可實施輕壓下的第一個、第二個……第n個輕壓下機架，根據各機架的位置可分別計算出經過各機架時的fs，確定使用的機架數量，並根據實施輕壓下的輕壓下機架處鑄坯的fSn計算該機架分配的壓下量Sn=-1.2339fsn2+2.4891fsn-0.2671(mm)，從而調整各機架的壓下量，並且可以計算得到經過第n個機架後鑄坯的總壓下量S=-9.8712fsn2+19.9848fsn-2.1368(mm)。優選地，單個輕壓下機架的最大壓下量不大於2mm，最大壓下速率不大於3mm/min。本實施方式的實施例的具體參數如表5所示。表5tableseeoriginaldocumentpage8根據本發明的連鑄方法，與普通連鑄方法得到的鑄坯相比，本發明的車軸鋼連鑄方法得到的JZ35車軸鋼的鑄坯的中心偏析評級《0.5級的比例由39%增至100%，中心疏鬆評級《1.0級的比例由31%增至100%，無中心縮孔的比例由36%增至100%，鑄坯中心碳偏析指數由1.061.22降至1.011.04，因鑄坯中心偏析、中心疏鬆嚴重而造成的車軸鋼改鋼率由90%降至0%，且由連鑄坯軋制、鍛造成的車軸滿足JZ35車軸的技術要求。權利要求一種車軸鋼連鑄方法，該方法包括將鋼水從中間包澆注至結晶器，形成未完全凝固的車軸鋼鑄坯，然後將該未完全凝固的車軸鋼鑄坯以拉速v從結晶器中拉出並依次經過二冷區和空冷區，最後得到完全凝固的車軸鋼鑄坯，其特徵在於，該方法還包括使用依次設置在空冷區的多個輕壓下機架中的至少一個對所述未完全凝固的車軸鋼鑄坯實施輕壓下的輕壓下過程，所述未完全凝固的車軸鋼鑄坯在所述輕壓下過程中的中心固相率fs保持在0.2-0.95。2.根據權利要求1所述的連鑄方法，其中，單個輕壓下機架的最大壓下量不大於2mm，最大壓下速率不大於3mm/min。3.根據權利要求1所述的連鑄方法，其中，所述未完全凝固的車軸鋼鑄坯經過實施輕壓下的第n個輕壓下機架時的中心固相率為fsn，該實施輕壓下的第n個輕壓下機架對所述未完全凝固的車軸鋼鑄坯的壓下量Sn=-1.2339fsn2+2.4891fsn-0.2671(mm)。4.根據權利要求3所述的連鑄方法，其中，所述未完全凝固的車軸鋼鑄坯經過所述第n個輕壓下機架後的總壓下量S=-9.8712fsn2+19.9848fsn-2.1368(mm)。5.根據權利要求1至4中任意一項所述的連鑄方法，其中，所述未完全凝固的車軸鋼鑄坯上任一位置的中心固相率通過公式完全凝固的車軸鋼鑄坯中心的溫度，1\為液相線溫度，Ts為固相線溫度。6.根據權利要求1所述的連鑄方法，其中，所述多個輕壓下機架依次設置在距澆注的鋼水液面21.85129.551m的位置上，所述多個輕壓下機架的壓下量可調節。7.根據權利要求1所述的連鑄方法，其中，實施所述輕壓下過程的區域的長度在不超過7.7m的範圍內可調節。8.根據權利要求1所述的連鑄方法，其中，所述車軸鋼為LZ50車軸鋼，澆注溫度為15001525°C，所述拉速v為0.450.70m/min。9.根據權利要求l所述的連鑄方法，其中，所述車軸鋼為JZ35車軸鋼，澆注溫度為15101525。C，所述拉速v為0.450.70m/min。計算得到，其中T為在該位置上的所述未全文摘要一種車軸鋼連鑄方法，該方法包括將鋼水從中間包澆注至結晶器，形成未完全凝固的車軸鋼鑄坯，然後將該未完全凝固的車軸鋼鑄坯以拉速v從結晶器中拉出並依次經過二冷區和空冷區，得到完全凝固的車軸鋼鑄坯，其中，該方法還包括使用依次設置在空冷區的多個輕壓下機架中的至少一個對所述未完全凝固的車軸鋼鑄坯實施輕壓下的輕壓下過程，所述未完全凝固的車軸鋼鑄坯在所述輕壓下過程中的中心固相率fs保持在0.2-0.95。對中心固相率為0.2-0.95的未完全凝固的車軸鋼鑄坯進行輕壓下，可以消除或減少因鑄坯收縮形成的內部空隙來防止晶間富集溶質的鋼液向鑄坯中心橫向流動；並促使液相中心富集溶質的鋼液沿拉坯方向反向流動，使溶質元素在鋼液中重新分配，改善中心偏析。文檔編號B22D11/112GK101733376SQ200810176429公開日2010年6月16日申請日期2008年11月11日優先權日2008年11月11日發明者馮遠超,吳國榮,周偉,曾建華,楊素波,陳永申請人:攀鋼集團研究院有限公司;攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司;攀枝花新鋼釩股份有限公司