4147钢大直径厚壁管外表面淬火工艺

　　4147钢牌号出自ASTM A519。A519标准中规定了4147钢的化学成分，并没有规定其力学性能。一般情况下，客户按照ASME SA—372/SA—372M标准中的J级70类指定其力学性能。

　　4147钢经调质后具有较高的强度、冲击韧性和耐热性，同时具有良好的淬透性，被国外广泛应用在机械设备的重要零件上。近日，浙江格洛斯无缝钢管有限公司(以下简称格洛斯公司)接到4147钢作为生产大直径厚壁无缝气瓶管的材料，并提出进行管端密封，外表面淬火的热处理工艺要求，大大提高了热处理的难度。本文主要介绍格洛斯公司通过制定适合生产的冶炼方式，热处理工艺制度，使4147钢密封样环调质后的抗拉强度和低温冲击韧性得到较好的匹配，满足产品的技术要求。

　　1 技术难点

　　在国内，4147钢牌号用于大直径厚壁无缝钢管的生产尚为少见，可以参考的资料很少，这大大增加了工艺开发的难度。同时，客户提出的抗拉强度和-40℃ 低温冲击功较高，具体见表1。如何在单面淬火的情况下满足表1的力学性能要求成为一大难点。

　　2 炼钢

　　为保证钢管的力学性能要求，4147钢管的化学成分见表2，并规定根据ASTM A255标准的计算公式得出的最小临界淬火直径不小于139.5mm; 在Jominy 实验中，试样测得的洛氏硬度值50 HRC处的表层厚度不小于19mm，以保证钢管的淬透性。同时，钢的纯净度以及夹杂物的形态和大小也必须得到严格的控制。因为B类夹杂物、C类夹杂物以及D类球形夹杂物氧化物易造成冲击功异常波动[1];钢中的S会造成热脆，降低韧性; 有害元素As、Sn、Pb、Bi、Sb等难熔金属，在晶界上富集，易导致晶界脆化，冲击功下降。钢中O2越多，越容易在钢中形成氧化物，形成脆性断裂的几率增加; H2含量高，易发生氢脆，降低钢的综合机械性能; N2含量高，时效硬化、硬度增大，金属延展性变差[2]，因此也必须给予控制。

　　3 试制工艺

　　3.1 坯料检测

　　坯料采用某厂提供的Φ500mm 连铸坯，经过电炉+炉外精炼+真空脱气方法进行冶炼。连铸圆管坯经连铸、缓冷后，低倍组织缺陷、非金属夹杂物分别按照YB/T 1979评级图和GB/T 10561—2005中A法进行检验评级，其缩孔、中心疏松和偏析均不大于1.0级，非金属夹杂物A类、B类、C类、D类均不大于0.5级。其化学成分见下表3。

　　根据ASTM A255 TABLE6中的数据表，计算其最小临界淬火直径DI值约为144.4mm，大于最小临界淬火直径DI值139.5mm的要求。具体为DI=0.233×1.154×4.133×3.203×1.54×1.02×1.01×1.007=5.68in(约144.4 mm)。采用Jominy实验测得硬度值50 HRC处的表层厚度为21mm，大于要求的厚度19mm。