馬忠存 王劉艷

(東北特殊鋼集團(tuán)技術(shù)中心，黑龍江161041)

2008年，出口用250 mm×250 mm高檔鐵路用車軸坯用鋼，使用的是經(jīng)5.17 t鋼錠模改進(jìn)后的5.5 t方型鋼錠生產(chǎn)。2009年初，用戶變更標(biāo)準(zhǔn)，增加軸坯徑向(橫向)超聲波檢驗(yàn)，缺陷等級不超過澳大利亞要求的PRC-RS-C-008《鐵路車輛車軸購買規(guī)范附錄A 精加工車軸超聲波試驗(yàn)》中規(guī)定的缺陷等級，檢驗(yàn)頻次為全檢。為保證車軸坯探傷質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)了5.55 t錠型。

1 設(shè)計(jì)思路

由于探傷質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)，原250 mm×250 mm普通車軸坯用錠型已不適用。因此，新錠型的設(shè)計(jì)以提高質(zhì)量和穩(wěn)定成材率為主，采用雙錐度細(xì)長形式，鋼錠帽口比由11.80%降至11.17%，成坯率設(shè)計(jì)值為85%。在設(shè)計(jì)上保留了原錠型凹型鋼錠斷面的優(yōu)點(diǎn)，錠身采用兩種錐度，錠尾采用半尖型設(shè)計(jì)。兩種錠型比較如圖1所示，參數(shù)比較見表1。

2 設(shè)計(jì)依據(jù)

2.1 新錠型重量

合同要求車軸坯的規(guī)格250 mm×250 mm±公稱尺寸的1.3% 。經(jīng)計(jì)算新錠型錠身重量確定為4 930 kg，計(jì)算依據(jù)如下：

圖1 兩種錠型外觀比較Figure 1 Appearance comparison of two ingot types

名稱代號5.5 t5.55 t鋼錠總重/kg錠身重量/kg帽口重量/kg鋼錠平均斷面尺寸/mm錠身高度/mm帽口澆高/mm鋼錠錐度/%鋼錠高寬比帽口比/%錠型結(jié)構(gòu)帽口結(jié)構(gòu)WW1W2CHhKH/D 5 5004 9105906051 9403202.213.2111.8單錐度普型5 5504 9306205951 9503403.853.2811.17雙錐度異型

設(shè)計(jì)每支鋼錠產(chǎn)車軸坯6倍尺。

W3=5×A1+1×A2

(1)

式中W3——每支鋼錠產(chǎn)車軸坯、檢驗(yàn)試樣及用戶入廠復(fù)驗(yàn)試樣的重量；

A1——標(biāo)準(zhǔn)要求車軸坯定尺長度1 540 mm時車軸坯的重量，758 kg；

A2——標(biāo)準(zhǔn)要求車軸坯帶檢驗(yàn)試樣及用戶入廠復(fù)驗(yàn)試樣時其最大長度為2 090 mm，此時車軸坯的重量為1 028 kg。

將A1、A2結(jié)果代入(1)式中計(jì)算：

W3=4 818 kg。

鋼錠錠身重量：

W1=W3/[1-(F1+F2-F3+F4)/100]

(2)

式中F1——鋼錠加熱燒損值，取1.8%；

F2——切尾率，取1.5%；

F3——補(bǔ)縮量(鋼錠凝固過程中帽口內(nèi)鋼水向錠身的補(bǔ)縮量)，取3.5%；

F4——軋制時不均勻變形造成帽口線偏移而影響的切頭率，取2.5%。

將以上數(shù)值代入式(2)中計(jì)算得，W1=4 931 kg。

將鋼錠錠身重量取整數(shù)為4 930 kg。

2.2 新錠型高寬比

鋼錠高寬比是指鋼錠身高與鋼錠平均斷面尺寸之比，一般用H/D表示。高寬比是一項(xiàng)比較重要的錠型設(shè)計(jì)參數(shù)，它除了對鋼錠縮孔、中心致密度、成分偏析、鋼材低倍等主要質(zhì)量指標(biāo)有影響外，還對鋼錠的帽口比、切頭率有直接影響。增加鋼錠高寬比有利于降低帽口、減少鋼錠切頭量，提高鋼錠成材率。20世紀(jì) 60年代曾設(shè)計(jì)了5.2 t供水壓機(jī)用的細(xì)長錠型，經(jīng)試驗(yàn)鋼錠成分均勻、性能穩(wěn)定，成材率提高約4%，但由于受加熱爐爐床寬度的限制，該細(xì)長錠型未能在軋鋼生產(chǎn)中擴(kuò)大試驗(yàn)。20世紀(jì) 80年代又設(shè)計(jì)了3.16 t細(xì)長錠型，高寬比達(dá)到3.73，成坯率達(dá)到87.19%?，F(xiàn)結(jié)合冶煉和軋機(jī)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)將鋼錠高寬比由3.21增大至3.28，提高了0.07。

2.3 雙錐度設(shè)計(jì)

鋼錠錐度是指鋼錠上下口斷面之差與鋼錠2倍高度之比，一般用K表示：

式中A——鋼錠模上口對應(yīng)面中心間距；

B——鋼錠模下口對應(yīng)面中心間距；

H——鋼錠錠身高度。

鋼錠錐度同樣是錠型設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)主要參數(shù)。為了有效的控制鋼錠凝固沿著自下而上的順序進(jìn)行，充分發(fā)揮帽口內(nèi)鋼水的熱補(bǔ)縮功能，確保鋼錠中心組織致密，一般生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的鋼錠錐度應(yīng)大于3%。增加錐度對提高鋼錠質(zhì)量，特別是提高鋼錠致密度的作用是十分明顯的，但是增加鋼錠錐度又會導(dǎo)致鋼錠上口斷面和帽口斷面的增加，這樣不但會對鋼錠加熱及軋制變形產(chǎn)生不良影響，還會進(jìn)一步提高帽口比，增加鋼錠切頭量。錐度對帽口比的影響恰與H/D對帽口比的影響相反，帽口比是隨著錐度的加大而增加。為了獲得致密度高和帽口比低的鋼錠，設(shè)計(jì)選用了雙錐度結(jié)構(gòu)，其作用原理是在鋼錠總錐度不變的條件下，有針對性的增加鋼錠疏松敏感帶的錐度，即增加鋼錠中上段的錐度，借以提高鋼錠中上段的致密度，同時減少錠身上部的錐度，保持鋼錠總錐度不變，形成上下部位兩個不同的錐度。

該設(shè)計(jì)在3.16 t鋼錠中首次應(yīng)用，同時亦為國內(nèi)首創(chuàng)，經(jīng)過對98 828.73 t鋼錠進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，合格率達(dá)到99.49%，成坯率達(dá)到87.19%。

2.4 異型帽口

異型帽口是在普通帽口的基礎(chǔ)上改進(jìn)后設(shè)計(jì)的，能夠克服發(fā)熱劑發(fā)熱收縮后帽口內(nèi)鋼水裸露的現(xiàn)象，增加頂部的保溫效果，使帽口內(nèi)的熱中心上移，鋼水中的C、P、S等有害元素富集區(qū)上移，有利于改善帽口的收縮狀況，能夠提高鋼錠帽口的實(shí)心高度，達(dá)到降低鋼錠帽口比和減少切頭的目的。

2.5 鋼錠帽口比計(jì)算

鋼錠帽口比是指鋼錠帽口內(nèi)容納的鋼水量與鋼錠重量之比，一般用百分比表示。鋼錠切頭率高低主要取決于帽口比的大小。

在實(shí)際應(yīng)用中，鋼錠帽口比是根據(jù)鋼錠冷凝后的帽口實(shí)心高度按專用公式計(jì)算得到的。而帽口實(shí)心高度是指鋼錠縮孔底平面與鋼錠帽口線截面中心的垂直間距，它是鋼錠帽口收縮優(yōu)劣的重要標(biāo)志，同時亦是在多年的鋼錠設(shè)計(jì)中得到的經(jīng)驗(yàn)公式。對于所設(shè)計(jì)類型的鋼錠，當(dāng)帽口實(shí)心高度大于155 mm時，可以得到最佳的鋼錠質(zhì)量。

式中N——為帽口內(nèi)容納的鋼水量；

M——為錠模內(nèi)容納的鋼水量。

已知鋼錠模內(nèi)容納的鋼水量為4 930 kg。

帽口內(nèi)容納的鋼水量N=M1+M2+M3

式中M1——帽口凝固后實(shí)心高度為155 mm的重量，計(jì)算為334.1 kg；

M2——補(bǔ)縮量按錠身重的3.5%計(jì)算，為172. 55 kg；

M3——設(shè)計(jì)余量按錠身重的2.3%計(jì)算，為113.39 kg。

計(jì)算得帽口內(nèi)容納的鋼水量N=620.04 kg。

3 結(jié)論

該錠型截面尺寸(平均595 mm)較大，接近825 mm軋機(jī)的最大開口度，高寬比為3.28，雙錐度設(shè)計(jì)分別為3.85%、4.19%。

(1)通過雙錐度設(shè)計(jì)可降低帽口比、提高成材率，同時在總錐度不變的情況下加大中部以下的錐度，能夠提高鋼錠中部的致密度。

(2)新錠型采用雙錐度和異型帽口設(shè)計(jì)，能夠降低疏松、縮孔缺陷，有利于夾雜物的上浮，為改善中心疏松起到良好作用。

(3)該設(shè)計(jì)具有改善鋼錠冷凝條件，減少成分偏析，提高鋼錠化學(xué)成分的均勻性等優(yōu)點(diǎn)。

(4)該錠型截面尺寸能夠充分利用825 mm軋機(jī)的開口度，利于減少軋制道次，并能夠杜絕折疊缺陷的發(fā)生。

[1] 朱澤民.改善鋼錠帽口設(shè)計(jì).減少切頭提高成材率.齊鋼，1979.

[2] 3.16噸雙錐度細(xì)長錠型鑒定會資料.