一種低環(huán)境裂紋敏感性超高強(qiáng)韌性洋系泊鏈鋼及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的高性能海洋系泊鏈鋼，其成分質(zhì)量百分比為：C0.12～0.24，Mn0.10～0.55，Si0.15～0.35，Cr0.60～3.50，Mo0.35～0.75，N≤0.006，Ni0.40～4.50，Cu≤0.50,S≤0.005，P0.005～0.025，O≤0.0015，H≤0.00015，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)；該系泊鏈鋼制成的R6級系泊鏈整體熱處理后在三分之一半徑處基體的性能為：抗拉強(qiáng)度(Rm)≥1110Mpa，屈強(qiáng)比（YR）0.88～0.92，延伸率(A)≥12％，斷面收縮率(Z)≥50％，沖擊功（Akv,-20℃）≥50J，強(qiáng)度-塑性-韌性的乘積Rm*A*Akv≥746Ga％J；所述系泊鏈鋼的常數(shù)：Hc≥3.5ppm，K1scc≥60kgf/mm2/3。本發(fā)明還公開了該高性能海洋系泊鏈鋼的制備方法以及由此制備的系泊鏈。本發(fā)明的高性能海洋系泊鏈達(dá)到R6級系泊鏈的要求。
【專利說明】一種低環(huán)境裂紋敏感性超高強(qiáng)韌性洋系泊鏈鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于低合金鋼領(lǐng)域，特別涉及一種低環(huán)境裂紋敏感性超高強(qiáng)韌性淬火-回火大直徑海洋系泊長鏈用鋼和由該鋼制作的系泊鏈及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)ABS (美國船級社)《Guide for the certification of offshore mooringchain-December2009))> DNV (挪威船級社)《0ffshorestandardDNV-0S-E302-0ctorber2008》等的規(guī)定，系泊鏈鋼按其強(qiáng)度級別可以分為三級(R3)、四級(R4)、五級(R5)。其鏈環(huán)整體調(diào)質(zhì)后的強(qiáng)度級別分別為690Mpa、860Mpa、1000Mpa。而且需要具有高的塑性、韌性及屈強(qiáng)比(0.92的安全性要求。目前各國船級社認(rèn)可的最高級別的系泊鏈鋼為R5級。
[0003]近年來，隨著海洋資源的深入開發(fā)，在全球范圍內(nèi)，深海采油、海洋勘探等用途的海洋設(shè)施的增多，對系泊這些設(shè)施的70~160_大直徑系泊鏈的需求也日益增加。雖然海洋設(shè)施趨于大型化、高強(qiáng)化，然而由于其裝載重量的限制，鏈徑不可能任意擴(kuò)大。另一方面，為了杜絕以往墨西哥灣超級颶風(fēng)導(dǎo)致的采掘裝備因系泊鏈破斷而傾覆那樣的慘痛事故，實現(xiàn)系泊鏈的進(jìn)一步高強(qiáng)度化，以保證浮動海洋結(jié)構(gòu)在嚴(yán)寒、酷暑和狂風(fēng)巨浪的襲擊中穩(wěn)定、安全服役，更顯得迫切。
[0004]然而，僅僅使用提高鏈鋼的強(qiáng)度性能水平，非但難以全面獲得諸如裂紋敏感性、低熱處理敏感性、低質(zhì)量效應(yīng)、高強(qiáng)韌性、低屈強(qiáng)比和母材/焊縫強(qiáng)度差和焊縫韌性等基本工藝性能和力學(xué)性能，更難以逾越的技術(shù)障礙是強(qiáng)度在大于1000MPa的超高水平時，鋼制系泊鏈在海洋環(huán)境中容易因微量環(huán)境氫氣的入侵而發(fā)生EAC (環(huán)境敏感裂紋)。例如因R5鏈斷裂的平臺災(zāi)難性事故警報(美國內(nèi)務(wù)部2011年3月)。
[0005]如所周知，所謂裂紋敏感性、低熱處理敏感性、低質(zhì)量效應(yīng)，分別是低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和系泊鏈在生產(chǎn)過程中，在奧氏體-鐵素體相變溫度區(qū)，在低應(yīng)變速率條件下產(chǎn)生脆化裂紋(以下稱為低應(yīng)變速率熱脆裂紋)，冷卻相變裂紋和鏈焊縫熱影響區(qū)裂紋；熱處理工藝參數(shù)波動引起的性能變化；鋼材或鏈因直徑變化引起的性能波動。隨著強(qiáng)度的提高，其發(fā)生幾率或變化、波動程度通常會明顯增加。
[0006]使用專利申請?zhí)?01010516347.3，“海洋采油平臺R4S級系泊鏈條用鋼及其制造”試生產(chǎn)的控制Mn (實際是87mm)圓鋼制鏈，該說明書介紹經(jīng)960°C水冷_580°C水冷的鏈環(huán)，其基體抗拉強(qiáng)度為1025MPa，而相同鏈環(huán)焊縫性能僅為911MPa，即鏈環(huán)與焊縫的抗拉強(qiáng)度差值超過IlOMPaj^ 960°C水冷_590°C水冷的鏈環(huán)，回火溫度僅比580°C提高10°C，抗拉強(qiáng)度卻急降85MPa，僅有940MPa，屈強(qiáng)比卻反而超過0.92，均不符合R4S級鏈的性能標(biāo)準(zhǔn)，而且規(guī)定回火溫度為570~590°C，溫度范圍極窄，熱處理敏感性卻很高，焊縫性能低，難以用于工業(yè)規(guī)模制造高強(qiáng)度鏈。
[0007]檢索國內(nèi)外的淬火-回火熱處理鋼標(biāo)準(zhǔn)，沒有大直徑且強(qiáng)度IllOMPa以上的適用的系泊鏈鋼號?！0008]《IS0683熱處理鋼，合金鋼和易切削鋼》標(biāo)準(zhǔn)中的最高強(qiáng)度，也是最高強(qiáng)韌性鋼31&Ν?Μο8，該最高強(qiáng)韌性鋼31&Ν?Μο8的化學(xué)成分、力學(xué)性能和淬透性見表1、2。由表2可以看出，其強(qiáng)度、韌性和熱處理參數(shù)均不符合R6鋼的要求。
[0009]表131CrNiMo8 化學(xué)成分
【權(quán)利要求】
1.一種高性能海洋系泊鏈鋼，其特征在于，其成分質(zhì)量百分比為:C0.12~0.24，Mn0.10 ~0.55，Si0.15 ~0.35，Cr0.60 ~3.50，Mo0.35 ~0.75，N ≤ 0.006，Ni0.40 ~4.50，Cu ( 0.50，S ≤ 0.005，P0.005 ~0.025，O ≤ 0.0015，H ≤ 0.00015，余量為 Fe 和不可避免雜質(zhì)；該系泊鏈鋼制成的R6級系泊鏈整體熱處理后在三分之一半徑處基體的性能為:抗拉強(qiáng)度(Rm)≤11101^&，屈強(qiáng)比(￥10 0.88~0.92，延伸率(A)≤12%，斷面收縮率(Z) ^ 50%,沖擊功(Akv, -20°C)^ 50J,強(qiáng)度-塑性-韌性的乘積 Rm*A*Akv ≤ 666Ga% J ；所述系泊鏈鋼的常數(shù):Hc≤3.5ppm, Klscc≤60kgf/mm2/3o
2.如權(quán)利要求1所述的高性能海洋系泊鏈鋼，其特征在于，所述高性能海洋系泊鏈鋼的淬火溫度為900~1100°C，回火溫度為600~690°C。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高性能海洋系泊鏈鋼，其特征在于，所述高性能海洋系泊鏈鋼還包括V、Al、Nb、T1、Ca、RME中的一種或一種以上微合金化元素，其含量為V0.05~0.25, A10.01 ~0.06,Nb0.005 ~0.05, Ti ( 0.002 ~0.10, Ca0.005 ~0.004, RE0.010 ~0.025，Sn+Sb+As ( 0.035，均以質(zhì)量百分比計。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高性能海洋系泊鏈鋼的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: a)其出鋼成分質(zhì)量百分比為:C0.12~0.24,Mn0.10~0.55，Si0.15~0.35, Cr0.60~3.50,Mo0.35 ~0.75,N ^ 0.006,Ni0.40 ~4.50, Cu ( 0.50，S ≤ 0.005,P0.005 ~0.025，O≤0.0015，H≤0.00015，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)； b)按照上述出鋼目標(biāo)成分配比，采用電爐或轉(zhuǎn)爐初煉，經(jīng)爐外精煉，真空脫氣后澆注成鋼錠或連鑄坯；錠、坯的截面積與成品圓鋼截面積之比大于7 ； c).連鑄坯或鋼錠澆注后熱送加工或緩冷轉(zhuǎn)移至熱加工工序或200~700°C保溫空冷后再轉(zhuǎn)移至熱加工工序； d)連鑄坯或鋼錠加熱，加熱爐初始溫度≤900°C，升溫速度≤1500C /h，至1100~1300°C后保溫40分鐘以上，然后可以按照以下3種方法任意一種加工成直徑70~160mm的圓鋼: d.1)經(jīng)初軋機(jī)開坯，緩冷；鋼坯表面在800~500°C溫度區(qū)間的冷卻速度≤1800C /h ；如果初軋開坯后鋼坯表面在800~500°C溫度區(qū)間的冷卻速度>180°C/h，鋼坯在24小時以內(nèi)加熱軋制成品圓鋼，否則≤600°C消應(yīng)力處理；經(jīng)初軋開坯后的初軋坯在1100~1250°C加熱后熱軋成直徑70~160mm的圓鋼，終軋溫度< 1050°C，軋后緩冷或> 600°C軟化熱處理； d.2)初軋開坯后直接熱送軋制成直徑70~160mm的圓鋼，終軋溫度≤1050°C，軋后緩冷或> 600°C軟化熱處理； d.3)連鑄坯或鋼錠鍛制成直徑70~160mm的圓鋼，終加工溫度< 1050°C，隨后緩冷或≤600°C軟化熱處理； e)圓鋼經(jīng)砂輪磨剝和檢查后，無深于0.20mm的表面缺陷即可。
5.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述電爐或轉(zhuǎn)爐初煉過程中使用的金屬原料為鐵水、生鐵、廢鋼、鐵合金、海綿鐵、金屬氧化物、礦石中的一種或任意兩種以上的混合。
6.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述高性能海洋系泊鏈鋼還包括Al、Nb、T1、Ca、RME中的一種或一種以上微合金化元素，其含量為V0.05~0.25，A10.01~0.06，Nb0.005 ~0.05，Ti
( 0.002 ~0.10，Ca0.005 ~0.004，RE0.010 ~0.025，Sn+Sb+As ( 0.035，均以質(zhì)量百分比計。
7.一種高性能海洋系泊鏈，其特征在于，該系泊鏈?zhǔn)褂脵?quán)利要求1所述的高性能海洋系泊鏈鋼制備而成。
8.如權(quán)利要求7所述的高性能海洋系泊鏈，其特征在于，所述高性能海洋系泊鏈鋼還包括Al、Nb、T1、Ca、RME中的一種或一種以上微合金化元素，其含量為V0.05~0.25，A10.01 ~0.06，Nb0.005 ~0.05，Ti 0.002 ~0.10，Ca0.005 ~0.004，RE0.010 ~0.025，Sn+Sb+As ( 0.035，均以質(zhì)量百分比計。
9.一種高性能海洋系泊鏈，其特征在于，該系泊鏈?zhǔn)褂脵?quán)利要求7所述的高性能海洋系泊鏈鋼制成的圓鋼制備而成。
10.如權(quán)利要求9所述的高性能海洋系泊鏈，其特征在于，所述高性能海洋系泊鏈鋼還包括V、Al、Nb、T1、Ca、RME中的一種或一種以上微合金化元素，其含量為V0.05~0.25，A10.01 ~0.06，Nb0.005 ~0.05，Ti 0.002 ~0.10，Ca0.005 ~0.004，RE0.010 ~0.025，Sn+Sb+As ( 0.035，均以質(zhì)量百分比計。
11.一種權(quán)利要求9或10高性能海洋系泊鏈的制備方法，其特征在于，所述高性能海洋系泊鏈?zhǔn)遣捎脵?quán)利要求7所述的高性能海洋系泊鏈鋼制成的圓鋼經(jīng)下料-加熱-彎環(huán)-閃光對焊-編鏈而成，其中:編成的鏈條在間歇式或立式連續(xù)式調(diào)質(zhì)爐中進(jìn)行熱處理，熱處理步驟是:首先進(jìn)行至少一次淬火處理，每次淬火溫度920~1050°C，水冷，水溫小于50°C;淬火處理后再進(jìn)行回火處理，回火溫度為600~690°C，水冷，水溫小于50°C。
12.權(quán)利要求11所述的制備方法，其特征在于，所述淬火處理為兩次淬火處理。
【文檔編號】C22C33/04GK103667953SQ201310624484
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】殷匠, 陶安祥, 陶良鳳, 張衛(wèi)新, 羊先群, 邵云亮, 張明, 李劍 申請人:江蘇亞星錨鏈股份有限公司