耐低溫高強(qiáng)度門架型鋼的開發(fā)

紀(jì)進(jìn)立（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司技術(shù)中心，山東萊蕪271105）

耐低溫高強(qiáng)度門架型鋼的開發(fā)

紀(jì)進(jìn)立
（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司技術(shù)中心，山東萊蕪271105）

采用低碳、高錳、Nb-V-Ti微合金化工藝，成功開發(fā)出屈服強(qiáng)度為400 MPa以上，-40℃沖擊功為25 J以上的耐低溫高強(qiáng)門架型鋼。針對生產(chǎn)過程中在型鋼腹板出現(xiàn)的裂紋，分析出其產(chǎn)生原因是鋼中的碳含量靠近亞包晶鋼碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的下限，包晶轉(zhuǎn)變率高，高溫相變收縮程度大，通過將碳含量提高至0.13%左右，有效降低了鑄坯裂紋的產(chǎn)生。

門架型鋼；低溫沖擊性能；Nb-V-Ti微合金化；裂紋

1　引言

叉車廣泛應(yīng)用于車站、港口、機(jī)場、工廠、倉庫等領(lǐng)域，是機(jī)械化裝卸、堆垛和短距離運(yùn)輸?shù)母咝гO(shè)備。近幾年來，隨著人工成本的提高和工業(yè)化的推進(jìn)得以迅猛發(fā)展。而作為叉車對貨物的叉取、升降、堆放、碼垛等工序的起升門架，又是最重要的受力構(gòu)件，由于其位置的特殊性，特別是平衡重式正面叉車，門架均懸掛在車輛前方的驅(qū)動橋上，在進(jìn)行叉取貨物、提升作業(yè)和短途運(yùn)輸中，以前橋?yàn)榫匦漠a(chǎn)生很大的傾覆力矩。叉車門架用型鋼在使用過程中承受高頻率、高強(qiáng)度載荷，對其強(qiáng)度和韌性要求高[1~2]。本文通過鋼種設(shè)計、優(yōu)化冶煉軋制工藝，成功研制出一種耐低溫高強(qiáng)門架型鋼。

2　力學(xué)性能要求及成分設(shè)計

耐低溫高強(qiáng)門架型鋼的設(shè)計屈服強(qiáng)度為400 MPa，而-40℃沖擊功也達(dá)到了25 J，如表1所示。對于熱軋門架型鋼產(chǎn)品，其-40℃的低溫沖擊性能在國內(nèi)也是首次開發(fā)，成分設(shè)計上，采用低碳、高錳和Nb-V-Ti微合金化工藝，具體成分如表2所示。

表1　耐低溫高強(qiáng)門架型鋼力學(xué)性能

表2　耐低溫高強(qiáng)門架型鋼化學(xué)成分/%

3　工藝實(shí)施過程

3.1冶煉

采用80 t轉(zhuǎn)爐冶煉，鐵水含硫量≤0.010%，重型低硫優(yōu)質(zhì)廢鋼。渣料于終點(diǎn)前3 min加完，終渣堿度控制在3.0以下。出鋼時確保精煉到位[O]≤50×10-6。精煉全程底吹氬攪拌，前期可根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)高氬氣壓力，出站前采用小壓力軟吹，保證夾雜物上浮，精煉軟吹氬大于11 min。根據(jù)爐渣的粘度、顏色及泡沫化程度，用碳化鈣、碳化硅等調(diào)整爐渣，出站前頂渣應(yīng)達(dá)到白渣或黃白渣。

釩氮和鈮鐵合金在轉(zhuǎn)爐出鋼時加入，出鋼后在鋼包表面加入爐渣改質(zhì)劑30 kg/爐，Ti線在精煉時喂入。熔煉化學(xué)成分如表3所示。

表3　化學(xué)成分/%

表4　力學(xué)性能

3.2連鑄

使用改進(jìn)后大包水口，加密封圈，采用套管保護(hù)澆注方式澆注。二冷采用弱冷，拉速范圍0.80~ 0.90m/min，鑄坯斷面尺寸為165 mm×200 mm。

3.3軋制

坯料經(jīng)高壓水除磷后，用輥道送至粗軋機(jī)和精軋機(jī)組。粗軋采用K1~K7孔型，共軋制7道次，其中K1、K2采用共軛孔型，延伸系數(shù)>8.5，粗軋開軋溫度控制在1 050~1 150℃，粗軋機(jī)后開啟水冷裝置。粗軋后空冷30 s再進(jìn)入精軋機(jī)組，精軋開軋溫度控制在900~950℃，精軋機(jī)后開啟水冷裝置，終軋溫度控制在800~850℃。對成材產(chǎn)品進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，其結(jié)果如表4所示。

圖1　型鋼腹板裂紋宏觀形貌和SEM組織

圖2　鑄坯的低倍觀察和顯微組織

4　腹板裂紋原因分析

由于大生產(chǎn)過程中，不同批次的鋼種是連續(xù)冶煉軋制的，在冶煉軋制低合金鋼Q345B時，軋材表面無裂紋缺陷，但在軋制開發(fā)鋼種NDW400時，每支鋼均不同程度的出現(xiàn)腹板裂紋缺陷，其形貌如圖1所示。裂紋呈片狀分布在腹板上，深度在0.2mm以上，長度達(dá)40 mm，直接導(dǎo)致鋼材判廢。

由于冶煉、連鑄的工藝標(biāo)準(zhǔn)化程度高，工藝參數(shù)波動小，因此裂紋形成的主要原因不是工藝的變動引起，而是由于微合金元素鈮、鈦、釩的碳氮化物在晶界大量析出，加劇了晶界裂紋敏感性[3-8]。裂紋首先在鑄坯內(nèi)弧皮下生成，軋制過程中無法愈合，最終形成表面裂紋。對連鑄坯進(jìn)行低倍分析，如圖2所示，皮下裂紋深度在20mm以上，且有部分露頭現(xiàn)象，顯微組織發(fā)現(xiàn)裂紋周圍出現(xiàn)脫碳及部分晶粒長大。

連鑄坯縱裂紋的形成與鋼中碳含量密切相關(guān)，在鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.10%時具有較高的裂紋敏感性。根據(jù)鐵碳二元平衡相圖可將碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.09%~0.17%范圍內(nèi)的鋼定義為亞包晶鋼[9-10]。包晶相變使鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)產(chǎn)生較大的高溫收縮，使得初生坯殼生長不均勻而導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。本開發(fā)鋼種的碳含量靠近亞包晶鋼碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的下限，包晶轉(zhuǎn)變率高，高溫相變收縮程度大，也是裂紋產(chǎn)生的主要原因。

綜上分析，微合金元素鈮、鈦、釩的添加，增大了晶界裂紋敏感性，包晶相變產(chǎn)生的高溫收縮又加劇了鑄坯裂紋的產(chǎn)生。生產(chǎn)過程中，適當(dāng)提高碳含量至0.13%左右，可有效降低鑄坯裂紋的產(chǎn)生。

5　結(jié)論

采用低碳、高錳、Nb-V-Ti微合金化工藝，成功開發(fā)出了耐低溫高強(qiáng)門架型鋼，其屈服強(qiáng)度≥400 MPa，-40℃沖擊功≥25 J。該鋼種的碳含量靠近亞包晶鋼碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的下限，包晶轉(zhuǎn)變率高，高溫相變收縮程度大，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。生產(chǎn)中將碳含量提高至0.13%左右，有效降低了鑄坯裂紋的產(chǎn)生。

[1]周長秀.C型熱軋叉車門架槽鋼軋制缺陷的成因及改進(jìn)[J].軋鋼，2009，26（1）：69.

[2]佟松澤，江乾坤，谷風(fēng)波，等.合叉門架槽鋼粘鋼及劃傷分析[J].山西冶金，2011（34）：51.

[3]王步更，吳堅，楊應(yīng)東，等.異型坯表面橫裂紋的控制技術(shù)[J].連鑄，2014,1（3）：29.

[4]梁啟華，宋滿堂，王海峰.中碳結(jié)構(gòu)鋼表面縱裂紋產(chǎn)生原因分析與改善措施[J].連鑄，2014，1（1）：45.

[5]馬范軍，文光華，唐萍，等.含鈮、釩、鈦微合金鋼連鑄坯角部橫裂紋研究現(xiàn)狀[J].材料導(dǎo)報，2010，24（3）：89.

[6]蔡開科，程士富.連續(xù)鑄鋼原理與工藝[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005：263.

[7]吳薇.化學(xué)成分對連鑄板坯橫裂紋形成的影響[J].上海金屬，2004，26（1）：50.

[8]李金波，路殿華，李建文.鑄坯角部皮下裂紋的演變規(guī)律研究[J].中國冶金，2013，23（9）：26.

[9]李陽，王京，蘭鵬，等.合金元素對鋼亞包晶轉(zhuǎn)變與連鑄縱裂傾向的影響[J].鋼鐵，2013，48（12）：73.

[10]蘇留記，王澤民，黃華.連鑄圓管坯熱裂紋與包晶點(diǎn)的關(guān)系[J].鋼管，1998，27（1）：12.

Development of Low Tem perature Resistant High Strength Gantry Section Steel

JIJin-li
（Technology Center of Laiwu Subsidiary,Shandong Iron and Steel Co.,Ltd., Laiwu,Shandong Province 271105,China）

Low temperature resistant high strength gantry steel with over 400 MPa yield strength and more than 25 J impact energy at-40℃was successfully developed with low carbon high manganese Nb-V-Timicro alloying process.Aiming at the crack occurring at the web of the section during production,the reason was analyzed as carbon content in steel close to the lower limit of carbon mass fraction of hypo peritectic steelwith high peritectic transformation ratio and big contraction at high temperature phase.By increasing carbon content to about 0.13%,the formation of slab crack was able to reduced effectively.

gantry section steel;low temperature impact property;Nb-V-Timicro-alloying;crack

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.01.005

2015-10-13

2015-11-02

紀(jì)進(jìn)立（1982—），男，本科，工程師，主要從事H型鋼生產(chǎn)過程工藝技術(shù)管理工作。