耐低溫高強度門架型鋼的開發

紀進立（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司技術中心，山東萊蕪271105）

耐低溫高強度門架型鋼的開發

紀進立
（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司技術中心，山東萊蕪271105）

采用低碳、高錳、Nb-V-Ti微合金化工藝，成功開發出屈服強度為400 MPa以上，-40℃沖擊功為25 J以上的耐低溫高強門架型鋼。針對生產過程中在型鋼腹板出現的裂紋，分析出其產生原因是鋼中的碳含量靠近亞包晶鋼碳質量分數的下限，包晶轉變率高，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

叉車廣泛應用于車站、港口、機場、工廠、倉庫等領域，是機械化裝卸、堆垛和短距離運輸的高效設備。近幾年來，隨著人工成本的提高和工業化的推進得以迅猛發展。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動橋上，在進行叉取貨物、提升作業和短途運輸中，以前橋為矩心產生很大的傾覆力矩。叉車門架用型鋼在使用過程中承受高頻率、高強度載荷，對其強度和韌性要求高[1~2]。本文通過鋼種設計、優化冶煉軋制工藝，成功研制出一種耐低溫高強門架型鋼。

2　力學性能要求及成分設計

耐低溫高強門架型鋼的設計屈服強度為400 MPa，而-40℃沖擊功也達到了25 J，如表1所示。對于熱軋門架型鋼產品，其-40℃的低溫沖擊性能在國內也是首次開發，成分設計上，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　耐低溫高強門架型鋼力學性能

表2　耐低溫高強門架型鋼化學成分/%

3　工藝實施過程

3.1冶煉

采用80 t轉爐冶煉，鐵水含硫量≤0.010%，重型低硫優質廢鋼。渣料于終點前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，前期可根據情況適當調高氬氣壓力，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。根據爐渣的粘度、顏色及泡沫化程度，用碳化鈣、碳化硅等調整爐渣，出站前頂渣應達到白渣或黃白渣。

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

表3　化學成分/%

表4　力學性能

3.2連鑄

使用改進后大包水口，加密封圈，采用套管保護澆注方式澆注。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

坯料經高壓水除磷后，用輥道送至粗軋機和精軋機組。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>8.5，粗軋開軋溫度控制在1 050~1 150℃，粗軋機后開啟水冷裝置。粗軋后空冷30 s再進入精軋機組，精軋開軋溫度控制在900~950℃，精軋機后開啟水冷裝置，終軋溫度控制在800~850℃。對成材產品進行力學性能檢驗，其結果如表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

由于大生產過程中，不同批次的鋼種是連續冶煉軋制的，在冶煉軋制低合金鋼Q345B時，軋材表面無裂紋缺陷，但在軋制開發鋼種NDW400時，每支鋼均不同程度的出現腹板裂紋缺陷，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40 mm，直接導致鋼材判廢。

由于冶煉、連鑄的工藝標準化程度高，工藝參數波動小，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，且有部分露頭現象，顯微組織發現裂紋周圍出現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，在鋼中碳質量分數約為0.10%時具有較高的裂紋敏感性。根據鐵碳二元平衡相圖可將碳質量分數在0.09%~0.17%范圍內的鋼定義為亞包晶鋼[9-10]。包晶相變使鑄坯在結晶器內產生較大的高溫收縮，使得初生坯殼生長不均勻而導致裂紋的產生。本開發鋼種的碳含量靠近亞包晶鋼碳質量分數的下限，包晶轉變率高，高溫相變收縮程度大，也是裂紋產生的主要原因。

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，包晶相變產生的高溫收縮又加劇了鑄坯裂紋的產生。生產過程中，適當提高碳含量至0.13%左右，可有效降低鑄坯裂紋的產生。

5　結論

采用低碳、高錳、Nb-V-Ti微合金化工藝，成功開發出了耐低溫高強門架型鋼，其屈服強度≥400 MPa，-40℃沖擊功≥25 J。該鋼種的碳含量靠近亞包晶鋼碳質量分數的下限，包晶轉變率高，高溫相變收縮程度大，導致裂紋產生。生產中將碳含量提高至0.13%左右，有效降低了鑄坯裂紋的產生。

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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

紀進立（1982—），男，本科，工程師，主要從事H型鋼生產過程工藝技術管理工作。