37CrNi3MoVE电渣圆钢管坯生产和性能的研究

王守文

(东北特钢集团北满特殊钢有限公司，黑龙江161041)



37CrNi3MoVE电渣圆钢管坯生产和性能的研究

王守文

(东北特钢集团北满特殊钢有限公司，黑龙江161041)

摘要：37CrNi3MoVE钢是用在海水中作业的具有特殊使用用途的钢，各项技术要求极为严格[1]。本文分别对不同化学成分的两炉钢的高倍、低倍和不同热处理制度下的力学性能进行了对比分析，得到了满足此钢种使用条件的化学成分及热处理制度。

关键词：37CrNi3MoVE钢；化学成分；热处理工艺；力学性能

37CrNi3MoVE钢是一种优质高强钢，是一种新型水下高压气瓶材料，适宜于在海洋水平面400 m以下工作。在生产中存在的主要问题是：化学成分控制范围窄，其中碳、磷等五害元素的要求尤为严格，另外钢中氮含量要求低于60×10﹣6。钢的纯净度要求极高，高倍夹杂物总和不大于3 级。力学性能中在-50℃的冲击性能要求大于80 J。因此在生产过程中，对化学成分和热处理制度的控制尤为重要。

1技术要求

1.1生产工艺流程

采用EBT电炉冶炼+LF 精炼+VD 真空→浇注 3.15 t 钢锭→热送→轧钢厂开坯→缓冷→修磨机磨光清理→电渣炉重熔→退火→清理、取样→预热、加热→锻造→锻后退火→粗加工→无损检测→检验、检查→上交。

1.2化学成分要求

不同化学成分对钢性能的影响至关重要，因此将冶炼化学成分完全不同的两炉钢进行对比分析。

37CrNi3MoVE钢的化学成分要求及电渣重熔坯料成分见表1，气体元素含量见表2， 五害元素含量见表3。

化学成分中碳和磷的规格极窄，EBT出钢前需将磷处理到0.001%，出钢过程严禁下渣，如果下渣精炼前要进行倒渣处理，在精炼过程中要换渣，减少回磷量，同时控制初炼炉的出钢碳含量。钢的五害元素要求严格，尤其是锡(Sn)元素。有资料显示，钢中的五害元素是以偏析的形式存在并发挥作用的，它们极易在晶界间聚集，对钢的热塑性产生极大的影响[2]，部分五害元素在钢中凝固偏析倾向和晶界富集。由于目前尚无令人满意的废钢筛选技术，炼钢过程中的五害元素也很难被去除。因此在炼钢时由废钢、铁合金等带来的五害元素，由于熔点比较低，在钢锭凝固结晶时，随着温度的降低会在钢中产生偏析，并在晶界处富集，降低晶界强度，使钢锭产生横向裂纹。资料显示，五害元素在 650～800℃时最易产生偏析[3]，如果能够以很快的冷却速度通过该区间，很大程度上可以避免钢锭产生横向裂纹。

1.3力学性能要求

37CrNi3MoVE钢力学性能要求见表4。

2制造过程

第1炉(以下用A炉号代替)装铁水25.5 t，组别料25 t，取样五害元素As0.003%、Sn0.007%、Pb0.001%、Sb0.002%、Bi0.001%。EBT炉出钢量32 t，出钢C0.03%，出钢P0.003%，出钢温度1 630℃。LF精炼再次减少氧化渣量，加入萤石和石灰后再次倒渣，取样P0.002%。LF炉中取样C0.236%时，加入铝线脱氧，同时加脱氧剂造白渣，白渣保持时间60 min，充分脱氧。1 561℃吊包浇注成锭。

表1　37CrNi3MoVE钢的化学成分要求(质量分数，%)

注：化学成分允许偏差应符合GB/T 222 的规定。

第2炉(以下用B炉号代替)装铁水27 t，组别料15 t，取样五害元素As0.003%、Sn0.003%、Pb0.001%、Sb0.003%、Bi0.001%。EBT炉出钢量32 t，出钢C0.03%，出钢P0.002%，出钢温度1 630℃。LF精炼再次减少氧化渣量，加入萤石后再次倒渣，取样P0.003%。LF炉中取样C0.087%时，加入铝线脱氧，同时加脱氧剂造白渣，白渣保持时间60 min，充分脱氧。1 560℃吊包浇注成锭。

表2　气体元素含量(×10-6)

表3　五害元素含量(质量分数，%)

表4　37CrNi3MoVE钢力学性能要求

将以上两炉钢锭退火、开坯、电渣重熔后，一镦两拔成规格为480 mm的棒材，从帽口端切取试样，A炉号半径1/2处的化学成分用A(1/2)表示，A炉号半径1/3处的化学成分用A(1/3)表示。B炉号表示方法与A炉号同理。化学成分对比见表5。五害元素含量见表6。

3检验结果

3.1高倍结果对比

A、B两炉钢高倍结果对比见表7。

从高倍结果分析，化学成分不同的两炉钢的高倍结果基本相同。

3.2低倍结果对比

低倍试片直径均为450 mm，经酸浸后试样照片如图1所示。

A炉 B炉

化学成分CSiMnPSCrNiMoVAlCuTiBNbZrA炉A(1/3)A(1/2)B炉B(1/3)B(1/2)0.3640.400.390.4040.430.430.310.260.240.410.360.350.360.350.340.460.460.460.0030.0030.0030.0040.0040.0030.0020.0030.0030.0020.0030.0021.321.321.311.481.491.503.633.613.593.863.873.860.370.380.360.460.470.470.130.140.130.190.200.190.050--0.055--0.050.050.050.050.050.050.0010.0020.0010.0010.0020.0020.00010.00010.00010.00010.00010.00010.0210.0170.0160.0210.0190.0200.0020.0010.0020.0020.0020.002

表6　五害元素含量(质量分数，%)

表7　A、B两炉钢高倍结果对比

表8　不同热处理制度下的力学性能

从两炉钢的低倍照片看，结果一般疏松0级、中心疏松0级、锭型偏析0级，且试片上没有目视可见的缩孔、白点、分层、裂纹、气泡和夹杂等缺陷。

3.3性能结果对比

将直径为480 mm的棒材改锻成250 mm的试样，切取纵向试样。拉力试样的试验部位是直径为11 mm、长55 mm圆柱，冲击试样的试验部位是边长为11 mm、长55 mm的正直方体,试验结果如表8所示。

4结论

通过对比可以得出以下结论：

(1)同炉号抗拉强度、屈服强度随回火温度的升高而降低。

(2)同炉号锻材的断面收缩率随回火温度的升高呈现升高趋势。

(3)同炉号锻材的冲击功随回火温度的升高而升高。

(4)不同炉号相同热处理制度下，A炉号的综合力学性能优于B炉号。

参考文献

[1]姜洪生. 临氢设备用12Cr2Mo1R厚钢板生产及使用技术研究[D]. 2009，东北大学.

[2]Seah M P，Hordros E D. Grain Bondary Segregation[J]. Proy. Roy，Soc.1973.

[3]贾涓. Sn 的晶界偏聚行为及低碳钢的热塑性[D].武汉：武汉科技大学， 2003.

编辑 陈秀娟

Research on the Production and Properties of 37CrNi3MoVE Electroslag Round Steel Tube Billet

Wang Shouwen

Abstract：Various technical requirements are strict for 37CrNi3MoVE steel used for special work in sea water. The comparative analysis have been performed for microstructure and macrostructure of steels in two furnaces with different chemical compositions and mechanical properties under different heat treatment systems to find out the chemical compositions and heat treatment system met the requirements of this kind of steel.

Key words：37CrNi3MoVE steel; chemical compositions; heat treatment process; mechanical properties

中图分类号：TF744

文献标志码：B

收稿日期：2015—10—26