高強(qiáng)度、低熱處理敏感性的r5級(jí)系泊鏈鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于系泊鏈鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種R5級(jí)系泊鏈鋼及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著海洋工程向深海發(fā)展，各類設(shè)施對(duì)系泊鏈性能的要求也越來(lái)越高。要提高系 泊鏈的承載負(fù)荷，一是提高鏈條的規(guī)格，二是提高鏈條的強(qiáng)化等級(jí)。雖然海洋設(shè)施趨于大型 化、專業(yè)化，然而鏈條直徑的擴(kuò)大受制于諸多因素的制約，故而需要更高強(qiáng)度級(jí)別的系泊鏈 以克服惡劣海況等不利條件帶來(lái)的影響。系泊鏈按照抗拉強(qiáng)度分為R3、R3S、R4，其鏈環(huán)經(jīng)熱 處理后強(qiáng)度分別為690 MPa、770 MPa和860 MPa。但這些產(chǎn)品不能完全滿足海洋工程發(fā)展的 需要，因此，更高強(qiáng)度的R5級(jí)系泊鏈的開發(fā)迫在眉睫。
[0003] DNV-0S-E302-2013-10和Mooring Chain Guide-ABS 2009版早已將R5級(jí)系泊鏈納 入其中，在R4級(jí)別系泊鏈材料基礎(chǔ)上須提高15%以上抗拉強(qiáng)度（2 lOOOMpa)，同時(shí)要確保材 料的強(qiáng)度和韌性、疲勞性能和抗應(yīng)力腐蝕等技術(shù)規(guī)范規(guī)定的要求，ABS、DNV船級(jí)社最新版規(guī) 范對(duì)R4、R4S、R5級(jí)材料的力學(xué)性能要求見表1: 表1
從表1可以看出，R5較R4、R4S既要求提高強(qiáng)度到lOOOMpa以上，且要求較高的沖擊韌性， 因此，同時(shí)滿足鏈條高強(qiáng)度和高韌性是開發(fā)R5級(jí)系泊鏈鋼的一項(xiàng)技術(shù)難題。
[0004] 由于系泊鏈對(duì)性能均勻性要求較高，任何一環(huán)的缺陷都可能導(dǎo)致整根鏈條失效， 因此要求整節(jié)鏈的性能具有高均勻性。鏈條的力學(xué)性能除了取決于鋼的成分設(shè)計(jì)，熱處理 工藝對(duì)力學(xué)性能的影響極大，因此，為了滿足鏈條在大批量生產(chǎn)時(shí)，整節(jié)鏈的性能具有高均 勻性，降低R5級(jí)系泊鏈的熱處理敏感性，是開發(fā)R5級(jí)系泊鏈鋼的又一需要解決的問題。
[0005] 綜上所述，R5級(jí)系泊鏈條用鋼制造方法的關(guān)鍵技術(shù)如下：1)同時(shí)滿足鏈條高強(qiáng)度 性能指標(biāo)和沖擊韌性;2)降低R5級(jí)系泊鏈熱處理敏感性，保證鏈條在大批量生產(chǎn)時(shí)，熱處理 后力學(xué)性能的均勻性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度、低熱處理敏感性的R5級(jí)系泊鏈鋼，實(shí)現(xiàn)R5級(jí)系 泊鏈鋼的尚強(qiáng)度性能指標(biāo)，鏈條鋼批量生廣時(shí)，提尚合格率。
[0007] 本發(fā)明另一目的是提供上述R5級(jí)系泊鏈鋼的制造方法，滿足鋼的性能指標(biāo)。
[0008] 本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為：一種低熱處理敏感性的R5級(jí)系泊鏈 鋼，化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為，C 0.20~0.26%，Si 0.10~0·40%，Μη 0.70~1.80%，Cr 0.80~2·00%，Μ〇 0.30~0.70%，Ni 0.75~1·30%，Α1 0.020~0.050%，Nb 0.01~0.06%，V 0.05~0·20%，Ρ < 0.025%，S < 0.025%，Cu <0·25%，Ν<0·0120%，0S 0.0025%，Η< 0.0002%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0009] 本發(fā)明系泊鏈鋼的化學(xué)元素成分確定依據(jù)如下： 1) c含量的確定 考慮到鋼的塑性、韌性、切削性和焊接性，C含量不宜高，選用低碳鋼較合適。本發(fā)明C含 量的范圍確定為0.15~0.40%; 2) Si含量的確定 此處的Si為強(qiáng)化鐵素體，可提高材料的基體強(qiáng)度，對(duì)材料抗拉強(qiáng)度有貢獻(xiàn)。本發(fā)明的Si 含量范圍確定為〇. 10~〇. 40%; 3) Mn含量的確定 由碳當(dāng)量公式可以看出，Μη的系數(shù)較高，對(duì)焊接性能的害處較大。本發(fā)明Μη含量的范圍 確定為0.70~1.80%; 4) Cr含量的確定 Cr是中等碳化物形成元素。加熱時(shí)溶入奧氏體的Cr強(qiáng)烈提高淬透性。鋼中的Cr，一部分 置換鐵形成合金滲碳體，提高穩(wěn)定性;一部分溶入鐵素體中，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，提高鐵素體的 強(qiáng)度和硬度。本發(fā)明Cr含量的范圍確定為0.80~2.00%; 5) Ni含量的確定 Ni是非碳化物形成元素。Ni以固溶形式存在于鋼中。與Cr配合使用時(shí)，可顯著提高鋼的 淬透性。Ni降低共析點(diǎn)的含C量，增加珠光體的體積分?jǐn)?shù)，有利于提高強(qiáng)度。Ni降低Ar3轉(zhuǎn)變 溫度，使鐵素體晶粒變細(xì)，同時(shí)，可使珠光體片間距減小，有利于韌性的提高。由碳當(dāng)量公式 可知，Ni的系數(shù)較小，對(duì)焊接性能的害處較小，為保證焊縫處性能，本發(fā)明Ni含量的范圍確 定為 0.75~1.30%; 6) Mo含量的確定 Mo存在于鋼的固溶體和碳化物中，有固溶強(qiáng)化作用，能改善鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性， 還能細(xì)化晶粒，改善碳化物不均勻性，從而提高鋼的強(qiáng)度和韌性。Mo對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變有顯著的 推遲作用，而對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變影響較小，因而在相當(dāng)大的冷卻速度范圍內(nèi)可獲得全部是貝氏 體的組織。本發(fā)明Mo含量的范圍確定為0.30~0.70%; 7) Nb含量的確定 Nb是典型的微合金化元素，與C、N具有很強(qiáng)的親和力，能夠形成穩(wěn)定的碳化物和碳氮化 物。本發(fā)明采用了較高的淬火溫度，適量的Nb可以阻止晶粒在加熱保溫過程中過分長(zhǎng)大。另 外，其作用還體現(xiàn)在析出強(qiáng)化、提高回火抗力等方面。本發(fā)明Nb含量的范圍確定為0.01~ 0.06%； 8) A1含量的確定 添加 A1元素主要是用來(lái)細(xì)化晶粒。本發(fā)明A1含量的范圍確定為0.02~0.05%; 9) V含量的確定 V是鋼中最常用的合金元素之一，降低鋼的過熱敏感性，提高鋼的強(qiáng)度和韌性，在調(diào)質(zhì) 鋼中，能提高鋼的強(qiáng)度。另外，在鋼中加入V還能改善鋼的回火穩(wěn)定性，降低鋼的熱處理敏感 性。本發(fā)明V含量的范圍確定為0.01~0.20%。
[0010]本發(fā)明相應(yīng)低熱處理敏感性的R5級(jí)系泊鏈鋼的制造方法，流程為：電爐或轉(zhuǎn)爐冶 煉LF精煉VD或RH真空脫氣一連鑄連乳緩冷熱處理精整探傷一包 裝。
[0011]通過對(duì)R5級(jí)系泊鏈鋼做了 CCT曲線，并根據(jù)CCT曲線試驗(yàn)結(jié)果指導(dǎo)熱處理工藝的制 定。
[0012] 鋼坯的熱處理包括淬火和回火兩步，其中淬火溫度為880°C~980°C，保溫時(shí)間60 ~120min，水冷；回火溫度590 °C~640 °C，保溫時(shí)間60~180min，水冷。
[0013] 進(jìn)一步優(yōu)選:淬火溫度為930°C，保溫時(shí)間120min，水冷；回火溫度為620°C，保溫時(shí) 間120min，水冷。本發(fā)明對(duì)R5級(jí)系泊鏈鋼做了 CCT曲線，并根據(jù)CCT曲線指導(dǎo)熱處理工藝的制 定。
[0014] 本發(fā)明對(duì)R5級(jí)系泊鏈做了熱處理敏感性試驗(yàn)，通過不同的淬火溫度和回火溫度的 工藝試驗(yàn)，研究R5級(jí)系泊鏈鋼的力學(xué)性能變化，通過大量試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明R5級(jí) 系泊鏈鋼具有低熱處理敏感性的特點(diǎn)。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明針對(duì)R5級(jí)系泊鏈鋼設(shè)計(jì)其熱處理工 藝，優(yōu)化淬火和回火的溫度區(qū)間，降低了鋼材的熱處理敏感性，保證了鋼材的力學(xué)性能，提 尚鋼材的成品率。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中第一組分R5鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度隨淬火溫度變化趨勢(shì) 圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中第一組分R5鋼的沖擊功隨淬火溫度變化趨勢(shì)圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中第一組分R5鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度隨回火溫度變化趨勢(shì)圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施