一种叉车门架用热轧型钢及其制备方法
技术领域
本发明属于炼钢
技术领域
，涉及一种热轧型钢及其制备方法，尤其涉及一种叉车门架用热轧型钢及其制备方法。背景技术
随着国内叉车产品的不断升级和叉车产业的快速发展，叉车门架用热轧型钢的需求量急剧提升。与此同时，随着叉车质量的提升，用户要求门架用钢不断向高强度、高韧性和高精度等方面改善。近几年，叉车门架用热轧型钢在我国叉车行业的应用越来越广泛，改良速度也越来越快。国内叉车行业快速发展，产品质量不断升级，叉车门架用热轧型钢的生产与应用技术亦日趋成熟。目前国内叉车门架用热轧型钢的80％以上已实现国产化，少部分采用钢板焊接或进口。采用国产热轧型钢替代进口热轧型钢可以大幅降低叉车的制造成本，提升叉车企业的成本优势；此外，采用热轧型钢替代钢板焊接在降低制造成本的同时可以避免产生残余应力，从而提升门架用钢的综合性能，同时还可以缩短制造周期，节约大量的人力、物力。
当前生产叉车门架用热轧型钢的本领域技术人员普遍采用钒、铌等合金元素细化晶粒以提高钢的强度、利用电炉冶炼或加入锰氮线等方式来增氮以提升钢的力学性能。然而，这些方法普遍存在成本相对较高，操作较为繁琐，且钢的综合性能提升幅度有限等问题，亟需进一步优化。
CN 102864279A公开了一种在LF精炼过程加氮的方法，所述方法主要应用于以氮元素来提高钢性能的高氮钢的生产中，具体为在LF精炼初期脱氧剂加入钢水后向精炼炉内的钢水中添加含氮合金或在精炼脱氧结束后向钢水中加入含氮合金。采用本发明的方法可以明显提高轧材中氮的过饱和溶解度，相对于在转炉工序进行含氮合金化，轧材中氮含量可以提高20％以上，而且氮的回收率高。然而所述方法采用氮合金提升了制造成本，且增氮的稳定性较差，进而导致钢的强度和韧性仍有较大的提升空间。
由此可见，如何提供一种叉车门架用热轧型钢及其制备方法，保证增氮稳定性的同时进一步降低制造成本，显著提升钢的强度和韧性，并简化操作流程，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种叉车门架用热轧型钢及其制备方法，所述制备方法保证了增氮稳定性的同时进一步降低了制造成本，显著提升了钢的强度和韧性，并简化了操作流程。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种叉车门架用热轧型钢的制备方法，所述制备方法包括依次进行的转炉冶炼、LF精炼与连铸。
其中，所述LF精炼伴随着吹氮操作；所述叉车门架用热轧型钢满足碳当量≤0.48％，例如可以是0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.48％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明通过在LF精炼过程中进行吹氮操作来代替传统的喂入锰氮合金线，简化了操作流程，进一步降低了制造成本的同时能够保证增氮稳定性，所得钢的氮含量达到110ppm左右，并利用氮化钒的析出强化作用显著提升了钢的强度和韧性。此外，本发明通过控制各合金元素的配比，在保证了叉车门架用热轧型钢的碳当量≤0.48％前提下，满足了屈服强度≥440MPa的力学性能要求。
优选地，所述转炉冶炼得到的钢水在进行LF精炼之前还进行脱氧合金化。
优选地，所述连铸得到的钢材后续还依次进行热轧、空冷与精整。
本发明中，所述转炉冶炼、脱氧合金化、LF精炼、连铸、热轧、空冷与精整的操作均为本领域常规的技术手段，鉴于本发明的保护重点在于所述LF精炼伴随的吹氮操作，其余操作均对增氮环节并无影响，因此只要能够满足最终所得叉车门架用热轧型钢的碳当量≤0.48％即可，故在此不对转炉冶炼、脱氧合金化、LF精炼、连铸、热轧、空冷与精整的具体操作过程做特别限定，例如可以参考CN103469056A中实施例1的条件。
优选地，所述吹氮操作具体包括以下步骤：
(1)以第一流量开启底吹氮气和电弧加热，保持第一时间段；
(2)调整底吹氮气至第二流量，保持第二时间段；
(3)第一次取样分析后调整底吹氮气至第三流量，保持第三时间段；
(4)加入增碳剂和合金后调整底吹氮气至第四流量，保持第四时间段；
(5)第二次取样分析后停止底吹氮气。
其中，步骤(1)-(5)所述底吹氮气的绝对压力为1-1.4MPa，例如可以是1MPa、1.05MPa、1.1MPa、1.15MPa、1.2MPa、1.25MPa、1.3MPa、1.35MPa或1.4MPa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，步骤(1)-(5)所述底吹氮气的具体操作为向LF精炼炉的底部吹入氮气。
优选地，步骤(1)所述第一流量为100-150NL/min，例如可以是100NL/min、105NL/min、110NL/min、115NL/min、120NL/min、125NL/min、130NL/min、135NL/min、140NL/min、145NL/min或150NL/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述第一时间段为8-12min，例如可以是8min、8.5min、9min、9.5min、10min、10.5min、11min、11.5min或12min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述第二流量为550-650NL/min，例如可以是550NL/min、560NL/min、570NL/min、580NL/min、590NL/min、600NL/min、610NL/min、620NL/min、630NL/min、640NL/min或650NL/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述第二时间段为0.8-1.2min，例如可以是0.8min、0.85min、0.9min、0.95min、1min、1.05min、1.1min、1.15min或1.2min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，步骤(2)所述底吹氮气的第二流量远高于步骤(1)所述第一流量，是为了达到充分搅拌钢水的目的，以提升步骤(3)所述第一次取样分析的准确度。
优选地，步骤(3)所述第三流量为200-300NL/min，例如可以是200NL/min、210NL/min、220NL/min、230NL/min、240NL/min、250NL/min、260NL/min、270NL/min、280NL/min、290NL/min或300NL/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述第三时间段为7-8min，例如可以是7min、7.1min、7.2min、7.3min、7.4min、7.5min、7.6min、7.7min、7.8min、7.9min或8min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(4)所述第四流量为550-650NL/min，例如可以是550NL/min、560NL/min、570NL/min、580NL/min、590NL/min、600NL/min、610NL/min、620NL/min、630NL/min、640NL/min或650NL/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(4)所述第四时间段为4-8min，例如可以是4min、4.5min、5min、5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min或8min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，步骤(4)所述底吹氮气的第四流量远高于步骤(3)所述第三流量，是为了达到充分混合增碳剂和合金的目的，同时提升步骤(5)所述第二次取样分析的准确度。
优选地，步骤(1)-(5)所述底吹氮气的总体积为9-10m3，例如可以是9m3、9.1m3、9.2m3、9.3m3、9.4m3、9.5m3、9.6m3、9.7m3、9.8m3、9.9m3或10m3，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，步骤(1)-(5)所述底吹氮气的总体积影响最终所得钢材的氮含量。当底吹氮气的总体积小于9m3时，所得钢材的氮含量低于100ppm，进而不利于氮化钒的析出强化作用，降低了钢的屈服强度；当底吹氮气的总体积大于10m3时，所得钢材的氮含量提升幅度并不显著，反而造成了生产成本的不必要增加。
优选地，步骤(1)所述电弧加热的功耗为50-80kwh/t，例如可以是50kwh/t、55kwh/t、60kwh/t、65kwh/t、70kwh/t、75kwh/t或80kwh/t，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(4)所述增碳剂包括石油；
优选地，步骤(4)所述增碳剂的用量为0.2-0.3kg/t钢水，例如可以是0.2kg/t钢水、0.22kg/t钢水、0.24kg/t钢水、0.26kg/t钢水、0.28kg/t钢水或0.3kg/t钢水，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(4)所述合金包括铝锭、硅锰合金、钒铁合金、中碳锰铁或高碳铬铁中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括铝锭与硅锰合金的组合，硅锰合金与钒铁合金的组合，钒铁合金与中碳锰铁的组合，中碳锰铁与高碳铬铁的组合，铝锭、硅锰合金与钒铁合金的组合，硅锰合金、钒铁合金与中碳锰铁的组合，或钒铁合金、中碳锰铁与高碳铬铁的组合。
优选地，步骤(4)所述合金的用量为0.5-5kg/t钢水，例如可以是0.5kg/t钢水、1kg/t钢水、1.5kg/t钢水、2kg/t钢水、2.5kg/t钢水、3kg/t钢水、3.5kg/t钢水、4kg/t钢水、4.5kg/t钢水或5kg/t钢水，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，步骤(4)所述合金的用量与合金的具体种类相关，例如：铝锭的用量为1-2kg/t钢水，硅锰合金的用量为1-2kg/t钢水，钒铁合金的用量为0.5-1.5kg/t钢水，中碳锰铁的用量为2-5kg/t钢水，高碳铬铁的用量为0.5-2kg/t钢水。
优选地，所述叉车门架用热轧型钢的碳元素占比为0.16-0.18wt％，例如可以是0.16wt％、0.162wt％、0.164wt％、0.166wt％、0.168wt％、0.17wt％、0.172wt％、0.174wt％、0.176wt％、0.178wt％或0.18wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述叉车门架用热轧型钢的硅元素占比为0.32-0.36wt％，例如可以是0.32wt％、0.325wt％、0.33wt％、0.335wt％、0.34wt％、0.345wt％、0.35wt％、0.355wt％或0.36wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述叉车门架用热轧型钢的锰元素占比为1.51-1.55wt％，例如可以是1.51wt％、1.515wt％、1.52wt％、1.525wt％、1.53wt％、1.535wt％、1.54wt％、1.545wt％或1.55wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述叉车门架用热轧型钢的铬元素占比为0.06-0.1wt％，例如可以是0.06wt％、0.065wt％、0.07wt％、0.075wt％、0.08wt％、0.085wt％、0.09wt％、0.095wt％或0.1wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述叉车门架用热轧型钢的钒元素占比为0.095-0.105wt％，例如可以是0.095wt％、0.096wt％、0.097wt％、0.098wt％、0.099wt％、0.1wt％、0.101wt％、0.102wt％、0.103wt％、1.104wt％或0.105wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明第一方面优选的技术方案，所述制备方法包括依次进行的转炉冶炼、脱氧合金化、LF精炼、连铸、热轧、空冷与精整。
所述LF精炼伴随着吹氮操作，且所述吹氮操作具体包括以下步骤：
(1)以100-150NL/min开启底吹氮气和功耗为50-80kwh/t的电弧加热，保持8-12min；
(2)调整底吹氮气至550-650NL/min，保持0.8-1.2min；
(3)第一次取样分析后调整底吹氮气至200-300NL/min，保持7-8min；
(4)加入增碳剂和合金后调整底吹氮气至550-650NL/min，保持4-8min；所述增碳剂包括石油，且用量为0.2-0.3kg/t钢水；所述合金包括铝锭、硅锰合金、钒铁合金、中碳锰铁或高碳铬铁中的任意一种或至少两种的组合，且用量为0.5-5kg/t钢水；
(5)第二次取样分析后停止底吹氮气。
其中，步骤(1)-(5)所述底吹氮气的绝对压力为1-1.4MPa，总体积为9-10m3。
所述叉车门架用热轧型钢满足碳当量≤0.48％，且碳元素占比为0.16-0.18wt％，硅元素占比为0.32-0.36wt％，锰元素占比为1.51-1.55wt％，铬元素占比为0.06-0.1wt％，钒元素占比为0.095-0.105wt％。
第二方面，本发明提供一种采用如第一方面所述制备方法制备得到的叉车门架用热轧型钢。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过在LF精炼过程中进行吹氮操作来代替传统的喂入锰氮合金线，简化了操作流程，进一步降低了制造成本的同时能够保证增氮稳定性，所得钢的氮含量达到110ppm左右，并利用氮化钒的析出强化作用显著提升了钢的强度和韧性；
(2)本发明通过控制各合金元素的配比，在保证了叉车门架用热轧型钢的碳当量≤0.48％前提下，满足了屈服强度≥440MPa的力学性能要求。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种叉车门架用热轧型钢的制备方法，所述制备方法包括依次进行的转炉冶炼、脱氧合金化、LF精炼、连铸、热轧、空冷与精整，具体操作过程参考CN103469056A中实施例1的条件，故在此不做赘述。
本实施例中，所述LF精炼伴随着吹氮操作，且所述吹氮操作具体包括以下步骤：
(1)以200NL/min开启底吹氮气和功耗为65kwh/t的电弧加热，保持10-15min；
(2)调整底吹氮气至600NL/min，保持4-5min；
(3)第一次取样分析后调整底吹氮气至250NL/min，保持7-8min；
(4)加入0.25kg/t钢水的石油焦增碳剂和1.5kg/t钢水的铝锭后调整底吹氮气至600NL/min，保持5-6min；
(5)第二次取样分析后停止底吹氮气。
其中，步骤(1)-(5)所述底吹氮气的绝对压力为1.2MPa，总体积为11m3。
经检测，本实施例所得叉车门架用热轧型钢满足碳当量为0.46％，且碳元素占比为0.17wt％，硅元素占比为0.34wt％，锰元素占比为1.53wt％，铬元素占比为0.08wt％，钒元素占比为0.1wt％；氮含量为108ppm，屈服强度为460MPa。
实施例2
本实施例提供一种叉车门架用热轧型钢的制备方法，所述制备方法包括依次进行的转炉冶炼、脱氧合金化、LF精炼、连铸、热轧、空冷与精整，具体操作过程参考CN103469056A中实施例1的条件，故在此不做赘述。
本实施例中，所述LF精炼伴随着吹氮操作，且所述吹氮操作具体包括以下步骤：
(1)以100NL/min开启底吹氮气和功耗为50kwh/t的电弧加热，保持12min；
(2)调整底吹氮气至550NL/min，保持1.2min；
(3)第一次取样分析后调整底吹氮气至200NL/min，保持8min；
(4)加入0.2kg/t钢水的石油焦增碳剂和0.5kg/t钢水的钒铁合金后调整底吹氮气至550NL/min，保持8min；
(5)第二次取样分析后停止底吹氮气。
其中，步骤(1)-(5)所述底吹氮气的绝对压力为1MPa，总体积为9m3。
经检测，本实施例所得叉车门架用热轧型钢满足碳当量为0.44％，且碳元素占比为0.16wt％，硅元素占比为0.32wt％，锰元素占比为1.51wt％，铬元素占比为0.06wt％，钒元素占比为0.095wt％；氮含量为100ppm，屈服强度为450MPa。
实施例3
本实施例提供一种叉车门架用热轧型钢的制备方法，所述制备方法包括依次进行的转炉冶炼、脱氧合金化、LF精炼、连铸、热轧、空冷与精整，具体操作过程参考CN103469056A中实施例1的条件，故在此不做赘述。
本实施例中，所述LF精炼伴随着吹氮操作，且所述吹氮操作具体包括以下步骤：
(1)以150NL/min开启底吹氮气和功耗为80kwh/t的电弧加热，保持8min；
(2)调整底吹氮气至650NL/min，保持0.8min；
(3)第一次取样分析后调整底吹氮气至300NL/min，保持7min；
(4)加入0.3kg/t钢水的石油焦增碳剂和5kg/t钢水的中碳锰铁后调整底吹氮气至650NL/min，保持4min；
(5)第二次取样分析后停止底吹氮气。
其中，步骤(1)-(5)所述底吹氮气的绝对压力为1.4MPa，总体积为10m3。
经检测，本实施例所得叉车门架用热轧型钢满足碳当量为0.48％，且碳元素占比为0.18wt％，硅元素占比为0.36wt％，锰元素占比为1.55wt％，铬元素占比为0.1wt％，钒元素占比为0.105wt％；氮含量为112ppm，屈服强度为480MPa。
实施例4
本实施例提供一种叉车门架用热轧型钢的制备方法，所述制备方法包括依次进行的转炉冶炼、脱氧合金化、LF精炼、连铸、热轧、空冷与精整，具体操作过程参考CN103469056A中实施例1的条件；所述LF精炼伴随着吹氮操作，且所述吹氮操作中除了将步骤(1)-(5)所述底吹氮气的总体积改为8m3，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
经检测，本实施例所得叉车门架用热轧型钢的氮含量为98ppm，屈服强度为440MPa。
相较于实施例1，本实施例由于降低了底吹氮气的总体积，导致所得钢材的氮含量低于100ppm，不利于氮化钒的析出强化作用，降低了钢的屈服强度。
实施例5
本实施例提供一种叉车门架用热轧型钢的制备方法，所述制备方法包括依次进行的转炉冶炼、脱氧合金化、LF精炼、连铸、热轧、空冷与精整，具体操作过程参考CN103469056A中实施例1的条件；所述LF精炼伴随着吹氮操作，且所述吹氮操作中除了将步骤(1)-(5)所述底吹氮气的总体积改为11m3，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
经检测，本实施例所得叉车门架用热轧型钢的氮含量为109ppm，屈服强度为465MPa。
相较于实施例1，本实施例虽然明显提升了底吹氮气的总体积，但是所得钢材的氮含量提升幅度并不显著，反而造成了生产成本的不必要增加。
对比例1
本对比例提供一种叉车门架用热轧型钢的制备方法，所述制备方法包括依次进行的转炉冶炼、脱氧合金化、LF精炼、连铸、热轧、空冷与精整，具体操作过程参考CN103469056A中实施例1的条件，故在此不做赘述。
本对比例中，所述LF精炼伴随着喂入锰氮合金线，且所述喂入锰氮合金线具体过程为：使用喂线机将锰氮合金线垂直插入钢水，使得钢水中含锰1.53wt％，含氮108ppm。
经检测，本对比例所得叉车门架用热轧型钢的屈服强度为430MPa，远低于实施例1所得钢材的屈服强度。
由此可见，本发明通过在LF精炼过程中进行吹氮操作来代替传统的喂入锰氮合金线，简化了操作流程，进一步降低了制造成本的同时能够保证增氮稳定性，所得钢的氮含量达到110ppm左右，并利用氮化钒的析出强化作用显著提升了钢的强度和韧性；此外，本发明通过控制各合金元素的配比，在保证了叉车门架用热轧型钢的碳当量≤0.48％前提下，满足了屈服强度≥440MPa的力学性能要求。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
