连铸工艺生产铁路货车上心盘用钢研究

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1、攀钢技术·1·连铸工艺生产铁路货车上心盘用钢研究韩振宇(攀钢集团研究院有限公司)摘要：过去铁路货车上心盘主要采用铸造方式生产，普遍存在偏析、缩孔和夹杂等缺陷，针对该问题，攀钢进行了“转炉+大方坯连铸”工艺生产铁路货车上心盘的相关工艺技术研究。通过钒微合金化方式和成分、夹杂物控制等措施，试制的铁路货车上心盘用25Mn钢，铸坯质量好，锻造后上心盘各项性能完全满足用户的要求。关键词：25Mn钢；连铸；心盘用钢；铁路0引言铁路货车心盘位于车体和转向架之间，是铁路货车的主要连接构件，也是车辆的主要承载部件，分为上心盘和下心盘。随着铁路运输向高速重载方向的发展，对心盘和心盘用钢的要求越来越高。以往上心

2、盘主要采用铸造的方式进行生产，普遍存在偏析、缩孔和夹杂等缺陷，给上心盘的拉伸性能、冲击韧性、疲劳强度等综合性能带来不利影响[1]。而锻造工艺生产上心盘具有综合性能好、使用寿命高、生产成本低等优势得以快速发展。2007年攀钢进行了“转炉+大方坯连铸”工艺生产铁路货车上心盘用25Mn钢的相关技术研究，通过采用钒微合金化等措施，试制的铁路货车上心盘用25Mn钢，铸坯质量好，锻造出的上心盘不仅满足《车辆用上下心盘技术条件》TB/T46-1995技术条件的要求，还满足了用户提出的塑性和低温冲击韧性不降低、强度增加的更高要求。1技术条件要求1.1力学性能攀钢试制的25Mn钢主要用于时速为120km/h

3、的转K2型、转K4型提速货车转向架。采用连铸坯锻造的上心盘与模铸上心盘相比，虽然具有较多的优势，但也存在性能各向异性和缺口敏感系数高的缺点。为了满足铁路高速重载化对上心盘使用寿命和车辆运行安全的需要，用户对铸坯锻造的上心盘的各项性能在满足《优质碳素结构钢技术条件》GB/T699-1999的基础上提出了更高的强度要求。同时，为了满足用户大批量生产的需要，用户提出了一次正火后的低温冲击性能合格率大于90%的要求，具体见表1。1.2化学成分在25Mn钢的基础上进行钒微合金化，主要化学成分要求见表2。表1力学性能ReL/MPaRm/MPaA/%Z/%AkU(－40℃)/JGB/T699-1999要

4、求≥295≥490≥22≥50≥71用户要求≥330≥540≥22≥50≥71注：一次正火后的低温冲击性能合格率≥90%。表2试验钢主要化学成分%CSiMnPSCrNiCu0.21～0.27≤0.300.80～1.00≤0.020≤0.015≤0.25≤0.30≤0.25注：添加0.05%～0.07%的钒，进行钒微合金化。1.3低倍组织铁路货车上心盘用25Mn钢的铸坯低倍组织要求见表3。·2·2010年第33卷第2期1.4非金属夹杂物锻造上心盘的非金属夹杂物评级要求见表4。表3铸坯低倍组织要求一般疏松/级中心疏松/级中心偏析/级其它≤2.5≤2.5≤2.5不允许存在表4上心盘非金属夹杂物评

5、级要求级A类B类C类D类≤2.5≤2.5≤2.0≤2.02生产工艺流程及技术措施2.1生产工艺流程铸坯的生产工艺流程如下：铁水预处理→120t转炉冶炼→小平台吹氩→LF炉外精炼→360mm×450mm方坯连铸→检查入库。2.2技术措施1）钒微合金化由于用户对上心盘用25Mn钢提出了更高的强度要求，若完全采用GB/T699-1999规定的25Mn钢成分则很难满足，而钒在钢中具有固溶强化和析出强化等作用，在低合金钢中加入适量的钒不仅可以大幅的提高强度，还可以保证其具有较好的韧性。在25Mn钢的试制过程中，将钒控制在0.05%～0.07%，使锻造的上心盘各项性能完全满足了用户的要求。2）低温冲击

6、韧性控制P、S在普碳钢中均属有害元素。P对提高钢的抗拉强度作用显著，但同时将增加钢的脆性，尤其是低温脆性，同时，P也是造成钢严重偏析的有害元素之一；而S在钢中极容易形成夹杂物，降低钢的延展性和韧性。因此，为了保证锻造的上心盘具有良好的力学性能，在25Mn钢的开发过程中对P、S含量进行了内控，分别控制在0.015%和0.010%范围内。同时，在成分允许的范围之内提高Mn/C，保证其具有良好的低温冲击韧性。3）非金属夹杂物控制钢中的非金属夹杂物对钢的性能和钢产品的使用寿命具有极大的危害，在现代钢铁冶金行业中对钢的纯净度要求也越来越高。因此，用户对锻造上心盘的非金属夹杂物级别要求也有明确的规定。

7、为了控制钢中的夹杂物，采取了全程吹氩措施，促进夹杂物充分上浮，并采用LF精炼和Al+精炼渣的复合脱氧工艺，控制钢中夹杂物形态和数量。4）铸坯质量控制铁路货车上心盘用25Mn钢采用的360mm×450mm连铸方坯。通常铸坯规格越大，其质量的控制难度越大。为了保证其具有较好的表面和内部质量，在连铸工序分别采取了全程保护浇铸、低过热度浇铸、合理的拉速和二冷制度、结晶器电磁搅拌和凝固末端轻压下等措施。3试制结果3.1铸坯低倍组织