供稿|齊峰 / QI Feng

近年來，我國高速鐵路發(fā)展迅速。隨著列車車速、載重的提高，列車關鍵部位零件的質(zhì)量要求也隨之提高。車鉤緩沖裝置是鐵路車輛中具有使車輛與車輛相互連接、牽引及緩和列車運行中沖擊力的裝置。鉤尾框是車鉤裝置的重要組成部分，在車輛牽引、連掛和發(fā)生緩沖時，鉤尾框?qū)⑼瓿绍囕v間縱向力的傳遞，在工作中會經(jīng)常承受巨大的沖擊載荷。傳統(tǒng)的鉤尾框因其形狀復雜，均采用鑄造生產(chǎn)。但鑄造工件經(jīng)常出現(xiàn)氣孔、砂眼、縮孔、冷隔等缺陷，且鑄造工件致密度低于鍛造工件，其強度、韌性無法滿足高速鐵路列車的需求，若列車行進中鉤尾框開裂將會引起嚴重事故，對鐵路運輸安全存在巨大威脅。因此，我國開始使用鍛造鉤尾框代替鑄造鉤尾框。本鋼據(jù)此開始研究采用“轉(zhuǎn)爐→矩形坯連鑄”工藝生產(chǎn)鐵路鉤尾框用鋼，并獲得成功。鍛造工藝生產(chǎn)鉤尾框提高了車鉤緩沖裝置產(chǎn)品質(zhì)量和行車安全，滿足了高速列車的需要。本文重點論述了本鋼采用“轉(zhuǎn)爐→矩形坯連鑄→連軋”生產(chǎn)工藝成功生產(chǎn)出25MnCrNiMoA鉤尾框用鋼的過程。

鍛造鉤尾框生產(chǎn)要求

鍛造鉤尾框結構

鍛造鉤尾框結構及其復雜，其成品形貌如圖1所示。

鋼材生產(chǎn)技術難點

為了提高鉤尾框的使用安全性，對制造鉤尾框用材料的有害元素提出了很高的要求。降低有害元素P、S可以提高鉤尾框的強韌性能，控制W、V、Ti等其它殘余元素可以保證鉤尾框性能的穩(wěn)定。

圖1 鍛造鉤尾框結構形貌圖片

為了保證鋼水成分穩(wěn)定，25MnCrNiMoA化學成分內(nèi)控指標被限定在很窄的范圍內(nèi)。

由于鉤尾框經(jīng)常承受極大的沖擊載荷，要求制造材料具有很高的機械性能。保證材料具有較高的強度，同時具有一定的塑性、韌性。

鋼材標準成份及內(nèi)控要求

本鋼參照同行業(yè)其他廠家及鐵路鉤尾框生產(chǎn)行業(yè)技術、設備水平，結合本鋼實際設備能力，制定了鉤尾框用鋼25MnCrNiMoA標準。其標準化學成分及內(nèi)控要求如表1所示。

表1 25MnCrNiMoA的標準化學成分和內(nèi)控要求（質(zhì)量分數(shù)）%

由表1可見，鋼中碳及合金元素含量內(nèi)控要求范圍較窄，有害殘余元素較低。

鍛造鉤尾框用鋼生產(chǎn)工藝

鋼材生產(chǎn)工藝流程

依據(jù)鉤尾框用鋼25MnCrNiMoA的質(zhì)量要求，設計工藝路線為：鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐冶煉→ LF精煉→RH真空循環(huán)脫氣精煉→矩形坯連鑄（350 mm×470 mm）→鑄坯熱送→鑄坯加熱→800軋機→φ150 mm～φ162 mm圓鋼→鋼材保溫、檢驗、包裝和發(fā)貨。

工藝措施

◆ 鐵水脫硫

鐵水在鐵水脫硫扒渣站，通過噴吹鎂粉和石灰粉進行脫硫扒渣處理，鐵水經(jīng)脫硫扒渣后[S]≤0.005%。另外，要求入轉(zhuǎn)爐鐵水溫度≥1300 ℃。

◆ 轉(zhuǎn)爐冶煉

采用180 t頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐冶煉，鐵水加入量占90%，廢鋼約占10%。控制吹煉終點鋼水碳含量不小于0.10%、磷含量不大于0.015%。出鋼采用擋渣標擋渣，控制鋼包渣量。出鋼過程中加復合脫氧劑脫氧，并對鋼包頂渣進行改質(zhì)處理。

◆ LF精煉

在LF工位完成鋼水溫度和化學成分的調(diào)整、脫氧脫硫及去夾雜等作業(yè)。LF造渣精煉要造出還原渣，在還原渣下保持時間不小于15 min，全過程鋼包底吹氬攪拌，保證夾雜物充分上浮以保證鋼水純凈。加入合金微調(diào)成分以滿足目標成分，鋼水化學成分和溫度合格后進行RH真空處理。

◆ RH真空處理

鋼水在RH工位完成脫氣和進一步去夾雜、均勻溫度和成分等作業(yè)。RH真空度不大于100 Pa，脫氣時間不低于15 min。RH“復壓”后進行鋼包“軟吹氬”操作，“軟吹氬”攪拌時間不小于15 min，保證鋼水成分溫度均勻，夾雜物有足夠時間上浮。

◆ 矩形坯連鑄

中間包做好密封，防止鋼水二次氧化和吸氣。為防止鋼材產(chǎn)生“白點”缺陷，控制中間包鋼水[H]≤3×10-6。

中間包鋼水溫度過高，則鑄坯中心疏松加重，嚴重時出現(xiàn)縮孔；溫度過低則鋼水流動性差，不利于保護渣的熔化和鋼中夾雜物的去除。為此，中間包鋼水過熱度控制在25±5 ℃范圍內(nèi)。

矩形坯連鑄機為弧形連鑄機，四機四流。采取浸入式保護澆注，避免澆注過程中大量增氮?？刂崎_澆噸位，合理使用二冷水制度，控制拉速0.5 m/min，保證拉速恒定。開啟結晶器電磁攪拌器，電磁攪拌電流480 A。開啟凝固末端電磁攪拌，電磁攪拌電流450 A。投入鑄坯輕壓下操作，壓下量為9 mm。

◆ 熱送及軋制

連鑄坯保溫車紅送，并于≥650 ℃進行熱裝，不能熱裝入保溫坑進行鑄坯保溫。連鑄坯加熱時采用端進端出空氣單預熱蓄熱步進梁式加熱爐進行三段式加熱，保證鋼材均勻透燒。為了保證鋼坯表面質(zhì)量，投入高壓水除鱗裝置去除氧化鐵皮。采用800軋機進行軋制，配備專用孔型，開軋溫度≥1100 ℃，終軋溫度≥900 ℃，端頭采用鋸切。鋼材冷卻到600 ℃以上入保溫坑保溫，保溫時間≥48 h。鋼材出保溫坑后采用兩輥矯直機進行矯直，保證鋼坯彎曲度滿足用戶要求。

生產(chǎn)實踐及討論

鋼材化學成分

該爐25MnCrNiMoA鋼化學成分實際控制水平如表2所示。由表2可見，實際生產(chǎn)的化學成分全部都滿足標準要求，主要元素均控制的內(nèi)控水平，有害元素硫磷也控制在內(nèi)控水平。另外，殘余元素W、V、Ti等及五害元素含量極低，充分顯示了本鋼本地礦石資源的優(yōu)勢。

表2 25MnCrNiMoA鋼化學成分實際控制結果（質(zhì)量分數(shù)） %

鋼材低倍組織

25MnCrNiMoA鋼低倍試片如圖2所示，其低倍組織評級結果如表3所示。由表3可見，鋼材檢驗結果達到標準要求。另外，沒有縮孔、內(nèi)部裂紋及皮下氣泡、皮下夾雜等缺陷。說明連鑄工藝參數(shù)選擇合理（包括結晶器電磁攪拌強度，末攪電磁攪拌強度，二冷制度及拉速等），鋼水過熱度保證25±5 ℃等措施改善鑄坯的低倍質(zhì)量。

圖2 25MnCrNiMoA低倍試片

表3 25MnCrNiMoA低倍組織評級

鋼材高倍組織

鋼水經(jīng)LF和RH精煉后純凈度得到了較大提高，為連鑄提供了優(yōu)質(zhì)純凈的鋼水。連鑄采取保護澆鑄、結晶器電磁攪拌和凝固末端電磁攪拌等措施，促進了夾雜物上浮，減輕了偏析。因此，獲得了非金屬夾雜含量較低的25MnCrNiMoA鋼材。其非金屬夾雜評級結果如表4所示。

表4 非金屬夾雜物

鋼材力學性能

鋼材力學性能檢測結果如表5所示。由表5可見，鋼材的力學性能優(yōu)于標準要求。

標準規(guī)定檢驗-40 ℃低溫沖擊性能，為積累數(shù)據(jù)，特增做的-20 ℃、-30 ℃、-50 ℃沖擊檢驗結果如表6所示。由表6可見，試制的25MnCrNiMoA鋼材低溫沖擊吸收能量遠高于標準要求，且-20～-50 ℃范圍內(nèi)沖擊吸收能量波動范圍小，沖擊性能穩(wěn)定。-50 ℃未達到韌脆轉(zhuǎn)變溫度，鉤尾框可以在杭冷地區(qū)安全工作[1]。

表6 沖擊檢驗結果

鋼材末端淬透性

末端淬透性檢驗J11點，其結果如表7所示。由表7可見，φ150 mm、φ162 mm兩個規(guī)格鋼材淬透性穩(wěn)定，符合標準要求，即成分設計達到了要求。

表7 末端淬透性檢驗結果

鋼材使用情況

本鋼首次生產(chǎn)φ150 mm、φ162 mm兩個規(guī)格總計150 t 25MnCrNiMoA鉤尾框用鋼并全部發(fā)貨。鉤尾框用鋼在坯料加工成成品鉤尾框后，進行了超聲波探傷、磁粉探傷、力學性能、低溫沖擊、動態(tài)撕裂共計5大檢驗。用戶反饋使用效果良好，本鋼生產(chǎn)的25MnCrNiMoA鋼完全滿足用戶需求。

結論

（1）本鋼依靠“人參鐵”資源優(yōu)勢生產(chǎn)出的25MnCrNiMoA鉤尾框用鋼不僅P、S含量低（P≤0.010%，S≤0.003%），W、V、Ti之和≤0.02%，鋼的純凈度很高。

（2）本鋼采用“轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→RH真空循環(huán)脫氣→矩形坯連鑄→連軋”生產(chǎn)的鉤尾框用鋼內(nèi)部質(zhì)量好、強度高、低溫沖擊性能優(yōu)越且穩(wěn)定，各項檢驗指標均遠優(yōu)于標準要求。投放用戶后，加工性能好，鉤尾框成品檢驗全部合格，終端產(chǎn)品使用效果良好。

[1] 王玉玲. 鐵道車輛鉤尾框用25MnCrNiMoA鋼研究. 機械管理開發(fā),2009, 24(5): 99