辽宁宏昌轧钢有限公司寇洪岩 王铁安 刘东策 曾小凡

 

主题词：J型叉车门架、控制轧制。

 

    2004年，辽宁宏昌轧钢有限公司与国外客户签订了共同开发K系列叉车门架的合作协议。为此，宏昌公司在一年多的时间内，进行了数十次的试验，终于达到外方的验收标准。该标准包括化学成分、屈服强度、抗拉强度、伸长率、收缩率、冲击功、硬度、形位公差等十余项技术指标。现针对K系列中有关K2J型叉车门架的试验过程作一简单介绍。

    K系列叉车门架分不同型号及规格，主要为C型、J型和H型，以往国内的轧钢企业生产过C型叉车门架产品，为满足叉车生产企业对J型叉车门架的需求，叉车生产企业需在C型门架上焊接一个条板。这样无论从机械性能、形位公差还是表面质量上来看，焊接型叉车门架都存在着诸多问题，而我们试制的K系列J型门架则很好地解决了以上的问题。

    首先是整体设计。在满足客户对化学成分要求的基础上，为达到其要求，在钢的材质中降低钢中硫、磷含量，提高钒的含量（钒在钢中所起的作用主要是细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，从而降低钢的过热敏感性，提高钢的强度和韧性，提高焊接性能）。优化孔型设计，科学制定加热工艺、控温轧制工艺、精整工艺，控制晶粒度，改善表面质量等。其开发流程如下：

    方案总体设计—确认材质及各种化学成分的含量—孔型设计—加热工艺—控温轧制工艺—精整工艺-检验。

    在方案总体设计中，在钢坯坯形上作了认真的考虑，对于同样截面积的产品，采用大截面的坯形可以实现较大的压缩比，使得产品的机械性能得以明显提高。宏昌公司采用800轧机进行开坯加工，可以轧制大截面的坯形。

    其次，在加热炉加热的过程中，容易产生脱碳。脱碳与钢坯在加热炉中的加热温度、加热时间、炉内气氛有密切关系。炉内气氛是指炉内的氧、氢、二氧化碳和水蒸汽含量的多少有关。脱碳会降低表面硬度，从而降低其耐磨性和弹性。我们通过控制炉内气氛，有效地控制了脱碳。

    加热时，钢表面与高温炉气接触发生氧化，生成氧化铁皮，称为一次氧化铁皮。在轧制过程中表面氧化铁皮脱落，热的金属表面与水和空气接触，还会生成新的氧化铁皮，称为二次氧化铁皮。一般来讲，二次氧化皮可以在型钢的矫直过程中除掉。

    通常在低温阶段加热时生成的氧化铁皮较少，当加热到600-700℃时，氧化开始显著并生成氧化铁皮，钢在900-1000℃时氧化速度急剧增加。一般来说，加热温度愈高、加热时间愈长、炉内的氧化气氛愈强，生成氧化铁皮就愈多。

    氧化铁皮对产品主要有以下不良影响：

    1、造成金属损失。一般钢坯加热时生成的一次氧化铁皮质量约占钢坯总量的3%左右。

    2、在轧制时，氧化铁皮易打滑，增加咬入困难及孔型磨损。

    3、氧化铁皮压入钢材表面造成斑点和麻坑缺陷，降低产品表面质量。

    我们采用三段式温控制度来制定加热工艺，使钢坯在三个不同的温度区域内用三种不同的加热速度加热，即预热段、加热段和均热段。其优点是预热段的加热速度慢，钢坯的温度应力小，炉尾温度低、燃料消耗少；加热段的加热速度快，可以减少钢的氧化和脱碳，并能缩短加热时间，提高加热炉钢坯产量；在均热段钢坯表面温度不再上升，主要是通过一段时间的保温，使钢坯的中心温度也达到出钢要求，使钢坯的温度均匀，同时消除或减轻钢坯内部组织缺陷。由于我们采用了较合理的加热工艺，从而减少了一次氧化皮的产生。

    根据文献介绍，影响钢材表面质量的主要是加热炉产生的一次氧化皮。因此，我们只在800轧机前设置一个高压水除鳞点，用200-220MPa的高压水通过高压喷嘴以一个特殊角度射向钢坯表面，将一次氧化皮清理掉，为提高产品表面质量打下良好的基础。由于是非连续性轧制，我们采用了蓄能式系统，节约了很多能源。

    控制轧制即指在调整钢的化学成分的基础上，通过控制加热温度、轧制温度、变形制度等工艺参数，控制奥氏体组织变化规律和相变产物的组织形态，达到细化组织、提高钢材强度与韧性的目的。为此，我们制定了较低的初轧温度、终轧温度，在关键的轧制道次上，提高压下量，设置冷却装置，终轧后增加气雾冷却。

    热轧后的型钢，在各阶段采用不同的冷却制度，对其组织、性能和断面形状正确与否都有直接影响。型钢的各部位冷却不均匀将引起不同的组织变化。相变时间不同，所得组织及粗细程度也不同。如果冷却不均，易引起型钢弯曲、变形、扭曲，特别是异性断面型材更容易发生弯曲。

    为了提高型钢力学性能，防止不均匀变形而导致扭曲，我们采用了喷气雾方法来快速冷却钢材，并根据不同的断面形状，对型材的各部位同时或不同时采用不同的方式进行冷却。

    气雾冷却是用具有一定压力的空气使水雾化成雾流，形成雾状，喷射到热轧钢材表面进行控制冷却。它有以下特点：

    1、钢材冷却比较均匀。

    2、冷却速度可调节的范围比较大，可以从风冷调节到水冷的冷却速度。

    这样我们得到的门架组织主要是细铁素体+珠光体，从而达到产品韧性不降低而强度大幅度增加。经过测试，产品的屈服强度和抗拉强度均提高了30%以上，晶粒度为8.5级，增加了产品的韧性。

    矫直机是精整工艺中矫正钢材使其平整的设备。钢材在轧制、冷却、运输过程中或热处理之后，往往受多种因素影响而产生弯曲变形。矫直机能使弯曲的轧件产生适量的弹塑性变形，以消除弯曲部分而得到较为平直的轧件。钢材矫直的目的之一是使钢材长度方向上平直，二是给钢材整形，三是使钢材表面的氧化铁皮变得疏松。

    从理论上讲，矫直辊辊径越大，产生的塑性弯曲力矩越大；辊数越多，钢材反复矫正的次数也越多，因而矫直质量也越好。增加矫直机的矫直辊辊数，就需要增加矫直机的功率，从而增加轧件的加工硬化程度。

    我们采用的是800矫直机，它配有8个800毫米直径的矫直辊。对一些大截面、抗弯力矩较大的型钢，可以完成较理想的矫直效果。

    经过国内权威质检部门及外方质量检测中心检验，宏昌公司生产的K2J型叉车门架，完全达到外方的验收标准，目前已批量生产。

参考文献：

    1、王有铭等“钢材的控制轧制和控制冷却”。北京：冶金工业出版社，1999

    2、王有铭等“型钢生产理论与工艺”北京：冶金工业出版社，1996

    3、李小玉，“低温轧制与热轧润滑”钢铁，1992

    4、邹家祥. 轧钢机械（第二版）.北京：冶金工业出版社，2000

    5、梁爱生等.轧钢生产新技术600问。北京.冶金工业出版社，2000