摘要：由于气体氮对车轮韧性有明显的影响，因而掌握钢中氮含量变化规律对于改善车轮性能具有实际意义。对车轮钢精炼过程氮含量变化及影响规律进行了较全面的分析。

关键词：精炼；脱氮率；车轮钢

     车轮决定车辆行走的安全性和可靠性。铁路车轮在使用过程中承受很大的热一机械载荷，从确保行车安全的角度考虑，提高车轮的韧性是非常重要的。作为1种中、高碳铁素体一珠光体钢材料，有关系式：

  t=f_α[-46-11.5d^-1/2]+(1-φ_α)۰[-335+5.6S^-1/2]-13.3p^-1/2+(3.46×10⁶)δ+49(%Si)+762(%N)^-1/2  (1)

    式(1)中，t为韧脆转变温度，℃；d为铁素体晶粒尺寸，mm；φ_α为铁素体体积分数，％；S为珠光体片间距，mm；p为珠光体团尺寸，mm；δ为渗碳体片厚度，mm。

    由式(1)可知，N对车轮韧性有明显的影响，因而，掌握钢中N含量变化规律对于改善车轮性能具有实际意义。

    生产过程中，车轮钢中N含量的波动非常明显，为此，本文对钢包精炼过程中车轮钢N含量变化规律进行了研究。

马钢车轮钢生产工艺路线为：顶底复吹转炉冶炼一钢包吹氩处理一LF精炼一VD处理一喂线一钢水一连铸(园坯)。

1  试验方法

1．1  车轮钢成分要求

    试验用钢为CL60车轮钢，其化学成分要求见表1。

1．2取样方法

  使用贺力氏产专用钢包取样器从钢液中直接取样，取样器内部为真空状态，样品直径为Φ6mm。取样器插入钢液后保持3～5s即可获得致密、光洁度良好的合格试样。

1．3取样点

  试验过程的取样点分别在：LF结束、真空后、喂线后。所取样品直接用热萃取法进行N含量分析。

2试验结果

2．1吹氩结束时氮含量

  转炉初炼钢水在吹氩站，钢中ω(N)基本稳定在(20～30)×10^-6。

2．2 LF结束时的氮含量

  LF结束时的ω(N)波动在(38～110)×10^-6之间，ω(N)在(50～80)×10^-6之间的炉次占试验炉次的72％，平均为66×10^-6，见图1。与氩站N含量相比，LF过程增N不稳定。

2．3真空处理过程中的N含量变化

  尽管LF结束时钢中N含量波动较大，但真空处理过程中N含量变化却具有明显的规律，表现为：

  (1)真空脱N量随LF终点N含量的增大而增大。真空处理过程脱N量与LF结束时的钢中N含量之间呈较明显的线性关系，真空前原始N含量越高，真空脱N量越大，见图2。由图2可以看出，要将钢中N含量控制在较低水平，LF过程的控制是非常关键的。

 (2)真空前、后的N含量之间存在明显的线性关系，见图3。对于钢水中的N而言，当进真空工位前的N含量较高，出真空时钢水中的N将很难达到很低的水平。因此，要想获得低N的钢水，应尽可能减少LF工序的增N，在无氩封保护浇注的条件下尤其重要，测试数据表明，若真空前ω(N)>70×10^-6，则结晶器中钢水ω(N)<70×10^-6的可能性不大。

    (3)真空脱氮率是有限的，根据40炉次测试结果表明，真空脱氮率最大为52 %，最小为17％，平均35％左右，主要集中在30％～49％之间，其中脱氮率在30%～39％之间的占59．37％，脱氮率在40％～49％之间的占21．87％，见图4。因此，严格控制LF过程增N至关重要。

2．4  喂线过程中N含量变化

    试验炉次中喂线过程钢水增氮最大值为14．7×10^-6。试验结果表明，精炼过程钢中氮质量分数有一定的变化规律。根据40炉测试结果统计得出VD前、VD后、喂线后氮质量分数的测试平均值分别为：66．9×10^-6、44．7×10^-6和47．4×10^-6。真空脱氮(质量分数)平均为24．5×10^-6，平均脱氮率为35．4％。

3   N含量影响因素的分析

3．1  LF处理

LF过程钢水会吸人大量的氮气。对2004年全年车轮钢生产炉次的LF处理时间统计看，LF处理时间波动范围在41～180min，对本次试验的炉次的LF处理时间进行统计，其时间波动也在41～181 min之间。LF精炼时间不稳定，受制于连续浇注，有些炉次由于等候时间过长，其加热次数也相应较多，这就难免会造成钢中气体量的增加。这当中影响因素是多方面的，有取样、测温、等待试样结果、换电极及受浇注连续性生产组织等诸多因素的制约。在LF工位，钢液增氮较为明显。

3．2  VD过程

    本次试验中相对于LF工序，在VD工序的处理时间是基本稳定的，当真空度达到一定要求后，真空保持时间平均为14 min。在VD工位，真空度往往不能达到预期要求，这样就会造成真空脱气不够充分，渣层厚以及包口挂渣都有可能影响真空脱气的效果。

    真空过程温降具有较强的规律性，真空温降随真空前温度的升高而增大。真空脱N率则与真空温降有较明显的相关性，随着真空过程温降的增加，真空脱氮率呈降低趋势，见图5。真空前较高的钢水温度势必使真空过程温降增加，因此对脱N效果是不利的。

4结论与建议   

    (1)严格工艺操作，缩短LF工位耽搁时间和减少加热次数。

    (2)虽然真空前原始N含量越高，真空脱N量越大，但是脱氮率是有限的。因此，要获得较低含氮钢水，控制LF过程的增氮至关重要。

    (3)真空前温度越高，真空过程中单位时间脱氮量越低。同时由于真空前较高的温度使真空过程的温降较大，而较大的温降对脱氮不利，因此在保证钢水连续浇注所必需的温度情况下，控制真空前钢水温度显得尤为重要。   

    (4)严格控制真空后钢水净化搅拌的时间、氩气压力及流量。