锻造油气阀体用AISI 4130热轧圆钢的开发生产实践

马玉超，王万春，吕秋影

（山东寿光巨能特钢有限公司，山东 寿光262711）

1 前 言

随着油气行业的发展，工矿环境日趋恶劣，锻造阀体用钢的要求也越来越高，既要有足够高的强度，又要有良好的冲击韧性和淬透性。AISI 4130钢是ASTMA29 标准中一种合金结构钢，广泛用于制造锻造油气阀体。目前国内生产厂商主要选用连铸坯或钢锭进行锻造加工，山东寿光巨能特钢有限公司根据国外客户需求，结合现有生产线，利用装备优势，组织大规格锻造油气阀体用AISI 4130热轧圆钢的研制和开发。经过对该钢种成分设计、冶炼工艺和轧制工艺的优化及生产过程控制，产品发往国外用户使用后，各项指标全部合格。

2 产品成分设计及工艺流程

工艺流程：BOF→LF→VD→CC→铸坯缓冷→轧制→材缓冷→理化检验→表面检查、修磨→无损探伤→包装入库。

根据ASTM A29 标准中AISI 4130 的化学成分要求，同时结合客户要求，设计本次生产的化学成分内控成分见表1。

表1 AISI 4130钢要求及内控化学成分（质量分数） %

本次使用Φ600 mm 连铸坯生产Φ300 mm 钢材，为防止因偏析C 含量超标，冶炼时要控制C 元素含量范围；DI值要求≥89.4 mm，为保证淬透性及DI 值，Cr、Mo 元素含量目标值按照上限控制，为防止端淬硬度超标，Mn 元素按照中限控制；P、S 杂质及气体会降低钢的韧性，影响低温冲击韧性，因此需要进一步减少钢中夹杂物、有害杂质元素的含量；通过加入Al 合金促进脱氧和合金化同时有效细化晶粒［1］；通过合理成分设计，使钢材良好的综合力学性能获得保证。

3 冶炼工艺操作控制

3.1 转炉操作

转炉出钢钢包使用热周转红包，出钢温度要求控制在1 640～1 670 ℃。转炉出钢成分调整目标要求，P≤0.010%、C 按标准下限、Mn、Cr、Mo 按照内控下限。转炉出钢渣料要求按照石灰300～400 kg、预熔渣350 kg、萤石100～150 kg 加入。脱氧剂在出钢10～15 t后加入包中，铁合金料、增碳剂、渣料随后加入包中；出钢C≤0.12%时钢芯铝加2.0 kg/t 钢、出钢C＞0.12%时钢芯铝加1.5 kg/t 钢；钢包自由空间≥600 mm，出钢挡渣良好，无下渣。

3.2 LF炉操作

钢包到位送电后，补加石灰200～400 kg、萤石适量，后加入电石20～40 kg、铝粒10～20 kg、碳化硅30～50 kg，钢渣形成良好。取样分析，调整化学成分至内控下限，S≤0.010%，各元素收得率按100%计算，确保Al按0.040%～0.045%控制。出钢温度连铸第一炉按照T=TL＋（160～180）℃控制；连浇炉次按照T=TL＋（140～160）℃控制。

3.3 VD炉操作

真空度≤67 Pa，保持时间≥15 min；真空处理完毕，按1～1.5 m/t钢喂硅钙线，Al根据分析结果适量补喂；软吹≥20 min，避免大流量吹氩。

3.4 连 铸

中包在开浇前充氩5 min 进行气氛保护，中包烘烤良好。连铸第一炉上台温度按照T=TL＋（90～100）℃控制；连浇炉次按照T=TL＋（60～80）℃控制。结晶器电磁搅拌参数电流/频率为900 A/1.6 Hz，末端电磁搅拌参数分别为550 A/4.5 Hz。保护渣使用Φ600 断面中碳专用保护渣，中包覆盖剂使用高碱度中包覆盖剂［2］。

3.5 铸坯缓冷

铸坯入坑加盖缓冷≥48 h，入坑温度≥550 ℃，出坑温度≤250 ℃。

4 轧钢工艺操作

加温度控制：预热段炉温控制在700 ℃以下，加热一段炉温控制700～1 100 ℃，加热二段炉温控制1 230～1 260 ℃，均热段炉温控制1 240～1 260 ℃。加热时间≥10.0 h，出钢节奏≤6 支/h，并防止加热缺陷［3］。

轧制及缓冷：成品尺寸按GB/T 702标准Ⅱ组控制，收集后及时入坑缓冷。轧制过程温度控制如表2所示。

表2 轧制过程温度控制 ℃

5 质量检验情况

5.1 成品化学成分检验

对热轧圆钢的成品进行化学成分检验，全部合格且成分均匀稳定，检验结果汇总见表3。

表3 成品化学成分（质量分数） %

5.2 钢材低倍、高倍组织检验

根据ASTM E381、A45 标准对该浇次每炉取2片试样进行低倍、高倍质量检验并统计，结果显示其组织致密均匀，夹杂物含量低，晶粒细小，晶粒度均为6.5 级，低倍评级均为C2、R1、S1，全部合格且数据一致性好。

表明该较次产品质量稳定，达到标准及客户要求。统计结果见表4。

表4 低倍组织、各类夹杂物及晶粒度检验结果 级

5.3 力学性能检验情况

根据ASTM A370 标准要求，在淬火、回火状态下进行力学性能试验，综合力学性能好，各项指标均有较多富余量，统计结果汇总见表5。

表5 力学性能检验结果统计汇总

5.4 末端淬透性检验及DI值计算

（1）末端淬透性检验。根据AISI4130钢种特性及大规格取样对末端淬透性的影响，根据客户要求的位置取样，按照末端热处理工艺（900 ℃、20 min后，装炉计时保温35 min 正火；到870 ℃、20 min后，装炉计时保温35 min淬火）进行处理检测，检验结果汇总见表6。

表6 末端淬透性检验情况统计 HRC

（2）DI值计算。按照客户要求DI值≥89.4 mm。该浇次9 个炉号按照成品熔炼成分计算，DI 值在89.4～94 mm，全部符合客户要求。

对该批Φ300 mm 产品进行100%超声波探伤，探伤等级为D（Φ4 平底孔），既保证了产品出厂合格率，又为客户后续锻造成品合格率提供了保证。

6 结 语

通过优化成分设计、制定合理的冶炼工艺和轧制工艺路线，山东寿光巨能特钢有限公司成功开发生产大规格锻造油气阀体用AISI 4130 热轧圆钢。该批次产品全部发往国外客户，用于锻造油气阀体。通过了解，各项指标经用户验证全部达标，锻造油气用阀体后，探伤合格率高，获得客户认可。