[0001] 本发明属于系泊链钢技术领域， 具体涉及一种 R5级系泊链钢及其制造方法。

背景技术

[0002] 随着海洋工程向深海发展， 各类设施对系泊链性能的要求也越来越高。 要提高 系泊链的承载负荷， 一是提高链条的规格， 二是提高链条的强化等级。 虽然海 洋设施趋于大型化、 专业化， 然而链条直径的扩大受制于诸多因素的制约， 故 而需要更高强度级别的系泊链以克服恶劣海况 等不利条件带来的影响。 系泊链 按照抗拉强度分为 R3、 R3S、 R4， 其链环经热处理后强度分别为 690 MPa、 770 MPa和 860 MPa。 但这些产品不能完全满足海洋工程发展的需要 ， 因此， 更高强 度的 R5级系泊链的幵发迫在眉睫。

[0003] DNV-OS-E302-2013- 10和 Mooring Chain Guide- ABS 2009版早已将 R5级系泊链 纳入其中， 在 R4级别系泊链材料基础上须提高 15%以上抗拉强度 （≥1000Mpa) ， 同吋要确保材料的强度和韧性、 疲劳性能和抗应力腐蚀等技术规范规定的要 求， ABS、 DNV船级社最新版规范对 R4、 R4S、 R5级材料的力学性能要求见表 1

[0004] 表 1

[]

从表 1可以看出， R5较 R4、 R4S既要求提高强度到 lOOOMpa以上， 且要求较高 的冲击韧性， 因此， 同吋满足链条高强度和高韧性是幵发 R5级系泊链钢的一项 技术难题。 由于系泊链对性能均匀性要求较高， 任何一环的缺陷都可能导致整根链条失效 ， 因此要求整节链的性能具有高均匀性。 链条的力学性能除了取决于钢的成分 设计， 热处理工艺对力学性能的影响极大， 因此， 为了满足链条在大批量生产 吋， 整节链的性能具有高均匀性， 降低 R5级系泊链的热处理敏感性， 是幵发 R5 级系泊链钢的又一需要解决的问题。

[0007] 综上所述， R5级系泊链条用钢制造方法的关键技术如下： 1) 同吋满足链条高 强度性能指标和冲击韧性； 2) 降低 R5级系泊链热处理敏感性， 保证链条在大批 量生产吋， 热处理后力学性能的均匀性。

技术问题

[0008] 本发明的目的是提供一种高强度、 低热处理敏感性的 R5级系泊链钢， 实现 R5 级系泊链钢的高强度性能指标， 链条钢批量生产吋， 提高合格率。

[0009] 本发明另一目的是提供上述 R5级系泊链钢的制造方法， 满足钢的性能指标。

问题的解决方案

技术解决方案

[0010] 本发明解决上述问题所采用的技术方案为： 一种低热处理敏感性的 R5级系泊链 钢， 化学成分按质量百分比计为， C 0.20〜0.26<¾， 81 0.10〜0.40<¾， Mn

0.70〜1.80<¾， Cr 0.80〜2.00<¾， Mo 0.30〜0.70<¾， Ni 0.75〜1.30<¾， A1

0.020〜0.050<¾， Nb 0.01〜0.06 ^< ¾， V 0.05〜0.20<¾， P <0.025%, S <0.025% , Cu <0.25%, N<0.0120%, O<0.0025%, H<0.0002% , 余量为 Fe及不可避免的杂质。

[0011] 本发明系泊链钢的化学元素成分确定依据如下 ：

[0012] 1) C含量的确定

[0013] 考虑到钢的塑性、 韧性、 切削性和焊接性， C含量不宜高， 选用低碳钢较合适 。 本发明 C含量的范围确定为 0.15〜0.40%；

[0014] 2) Si含量的确定

[0015] 此处的 Si为强化铁素体， 可提高材料的基体强度， 对材料抗拉强度有贡献。 本 发明的 Si含量范围确定为 0.10〜0.40%；

[0016] 3) Mn含量的确定

[0017] 由碳当量公式可以看出， Mn的系数较高， 对焊接性能的害处较大。 本发明 Mn 含量的范围确定为 0.70〜1.80<¾；

[0018] 4) Cr含量的确定

[0019] Cr是中等碳化物形成元素。 加热吋溶入奥氏体的 Cr强烈提高淬透性。 钢中的 Cr ， 一部分置换铁形成合金渗碳体， 提高稳定性； 一部分溶入铁素体中， 产生固 溶强化， 提高铁素体的强度和硬度。 本发明 Cr含量的范围确定为 0.80〜2.00%；

[0020] 5) Ni含量的确定

[0021] Ni是非碳化物形成元素。 Ni以固溶形式存在于钢中。 与 Cr配合使用吋， 可显著 提高钢的淬透性。 Ni降低共析点的含 C量， 增加珠光体的体积分数， 有利于提高 强度。 Ni降低 Ar3转变温度， 使铁素体晶粒变细， 同吋， 可使珠光体片间距减小 ， 有利于韧性的提高。 由碳当量公式可知， Ni的系数较小， 对焊接性能的害处 较小， 为保证焊缝处性能， 本发明 Ni含量的范围确定为 0.75〜1.30%；

[0022] 6) Mo含量的确定

[0023] Mo存在于钢的固溶体和碳化物中， 有固溶强化作用， 能改善钢的淬透性和 回火稳定性， 还能细化晶粒， 改善碳化物不均匀性， 从而提高钢的强度和韧性 。 Mo对珠光体转变有显著的推迟作用， 而对贝氏体转变影响较小， 因而在相当 大的冷却速度范围内可获得全部是贝氏体的组 织。 本发明 Mo含量的范围确定为 0 .30〜0.70<¾；

[0024] 7) Nb含量的确定

[0025] Nb是典型的微合金化元素， 与 C、 N具有很强的亲和力， 能够形成稳定的碳化 物和碳氮化物。 本发明采用了较高的淬火温度， 适量的 Nb可以阻止晶粒在加热 保温过程中过分长大。 另外， 其作用还体现在析出强化、 提高回火抗力等方面 。 本发明 Nb含量的范围确定为 0.01〜0.06<¾；

[0026] 8) A1含量的确定

[0027] 添加 A1元素主要是用来细化晶粒。 本发明 A1含量的范围确定为 0.02〜0.05% _;

[0028] 9) V含量的确定

[0029] V是钢中最常用的合金元素之一， 降低钢的过热敏感性， 提高钢的强度和韧性 ， 在调质钢中， 能提高钢的强度。 另外， 在钢中加入 V还能改善钢的回火稳定性 ， 降低钢的热处理敏感性。 本发明 V含量的范围确定为 0.01〜0.20%。 [0030] 本发明相应低热处理敏感性的 R5级系泊链钢的制造方法， 流程为： 电炉或转炉 冶炼一 LF精炼一 VD或 RH真空脱气一连铸 -连轧一缓冷- -热处理一精整 -探伤一 包装。

[0031] 通过对 R5级系泊链钢做了 CCT曲线， 并根据 CCT曲线试验结果指导热处理工艺 的制定。

[0032] 钢坯的热处理包括淬火和回火两步， 其中淬火温度为 880°C〜980°C， 保温吋间 60〜120min， 水冷； 回火温度 590°C〜640°C， 保温吋间 60〜180min， 水冷。

[0033] 进一步优选： 淬火温度为 930°C， 保温吋间 120min， 水冷； 回火温度为 620°C， 保温吋间 120min， 水冷。 本发明对 R5级系泊链钢做了 CCT曲线， 并根据 CCT曲 线指导热处理工艺的制定。

[0034] 本发明对 R5级系泊链做了热处理敏感性试验， 通过不同的淬火温度和回火温度 的工艺试验， 研究 R5级系泊链钢的力学性能变化， 通过大量试验和数据分析发 现， 本发明 R5级系泊链钢具有低热处理敏感性的特点。

发明的有益效果

有益效果

[0035] 本发明针对 R5级系泊链钢设计其热处理工艺， 优化淬火和回火的温度区间， 降 低了钢材的热处理敏感性， 保证了钢材的力学性能， 提高钢材的成品率。

对附图的简要说明

附图说明

[0036] 图 1为本发明实施例中第一组分 R5钢的屈服强度、 抗拉强度随淬火温度变化趋 势图；

[0037] 图 2为本发明实施例中第一组分 R5钢的冲击功随淬火温度变化趋势图；

[0038] 图 3为本发明实施例中第一组分 R5钢的屈服强度、 抗拉强度随回火温度变化趋 势图；

[0039] 图 4为本发明实施例中第二组分 R5钢的冲击功随回火温度变化趋势图；

[0040] 图 5为本发明实施例中第二组分 R5钢的屈服强度、 抗拉强度随淬火温度变化趋 势图；

[0041] 图 6为本发明实施例中第二组分 R5钢的冲击功随淬火温度变化趋势图； [0042] 图 7为本发明实施例中第二组分 R5钢的屈服强度、 抗拉强度随回火温度变化趋 势图；

[0043] 图 8为本发明实施例中第二组分 R5钢的冲击功随回火温度变化趋势图；

[0044] 图 9为本发明实施例中第三组分 R5钢的屈服强度、 抗拉强度随淬火温度变化趋 势图；

[0045] 图 10为本发明实施例中第三组分 R5钢的冲击功随淬火温度变化趋势图；

[0046] 图 11为本发明实施例中第三组分 R5钢的屈服强度、 抗拉强度随回火温度变化趋 势图；

[0047] 图 12为本发明实施例中第三组分 R5钢的冲击功随回火温度变化趋势图；

[0048] 图 13为本发明实施例中第四组分 R5钢的屈服强度、 抗拉强度随淬火温度变化趋 势图；

[0049] 图 14为本发明实施例中第四组分 R5钢的冲击功随淬火温度变化趋势图；

[0050] 图 15为本发明实施例中第四组分 R5钢的屈服强度、 抗拉强度随回火温度变化趋 势图；

[0051] 图 16为本发明实施例中第四组分 R5钢的冲击功随回火温度变化趋势图；

[0052] 图 17为本发明方法的优选热处理工艺曲线图；

[0053] 图 18为本发明实施例中系泊链钢的 CCT曲线图；

[0054] 图 19为淬火温度 930°C不变吋， 第二组分 R5钢的延伸率、 收缩率随回火温度变 化趋势图；

[0055] 图 20为回火温度 620°C不变吋， 第二组分 R5钢的延伸率、 收缩率随淬火温度变 化趋势图。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0056] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描 述。

[0057] 本实施例涉及的高强度、 低热处理敏感性的 R5级系泊链条用钢， 其化学成分组 成为 (重量百分比) ： C 0.15〜0.40<¾， Si 0.10〜0.40<¾， Mn 0.70〜1.80<¾， Cr 0.80〜2.00<¾， Mo 0.30〜0.70 ^< ¾， Ni 0.75〜1.30<¾， Al 0.020〜0.050<¾， Nb 0.01—0.06% , V 0.05〜0.25<¾， P <0.025%, S <0.025%, Cu <0.25%, N<0.0120%, O<0.0025%, H<0.0002% , 余量为 Fe及不可避免的杂质。

[0058] 系泊链条用钢的制造流程为： 电炉或转炉冶炼 ---LF精炼 ---VD或 RH真空脱气… 连铸…连轧…缓冷…热处理…精整 ---探伤…包装。 、

[0059] 由于合金元素 Nb和 V是降低 R5级系泊链热处理敏感性的重要因素， 试验吋， 其 它合金元素基本不变， 分别调整 Nb和 V的含量， 见下表 2， 比较力学性能的变化 趋势。

[0060] 表 2

[] [表 1]

[0061] 第一、 二、 三、 四组成分对应的力学性能分别见下图 1〜4、 图 5〜8、 图 9〜12 、 图 13〜16， 研究淬火温度对力学性能影响吋， 回火温度设定为 620°C不变， 研 究回火温度对力学性能影响吋， 淬火温度设定为 930°C不变。

[0062] 由图 1〜8可知， 当淬火温度 930°C不变， 回火温度为 650°C吋， 抗拉强度低于 10 OOMPa, 不满足船级社要求， 故回火温度不能超过 640°C; 由图 9〜12可知， 当 N b、 V含量控制在上限吋， 强度富余量大， 且具有较好的韧性； 由图 13〜16可知 ， 当淬火温度 930°C不变， 回火温度为 590°C、 600°C吋， 抗拉强度〉 lOOOMPa, 一旦回火温度超过 610°C， 抗拉强度< 1000MP _a ， 不满足船级社要求， 且第 4组分 钢冲击韧性较差。 因此， 第二组成分最合适， 适当的加入合金元素 V、 Nb, 能极 大降低 R5级系泊链的热处理敏感性。

[0063] 钢材的热处理包括淬火和回火， 所述淬火温度 880°C-980°C， 保温吋间 60-120mi n， 水冷； 回火温度 590°C-640°C， 保温吋间 60-180min， 水冷， 参见图 18。

[0064] 上述热处理工艺的优选条件为： 淬火温度为 930°C， 保温吋间 120min， 水冷， 回火温度为 620°C， 保温吋间 120min， 水冷， 参见图 17。

[0065] 本发明钢的力学性能如屈服强度、 抗拉强度、 伸长率、 收缩率、 冲击功等在淬 火、 回火温度区间内保持较好的均匀、 平稳性， 以第二组分为例， 参见图 19、 2 0， 说明本实施例中系泊链钢材在满足高强度的前 提下具有低的热处理敏感性， 链条批量生产吋， 合格率高。 本发明的实施方式

[0066] 在此处键入本发明的实施方式描述段落。

工业实用性

[0067] 在此处键入工业实用性描述段落。

序列表自由内容

[0068] 在此处键入序列表自由内容描述段落。