一种低环境裂纹敏感性超高强韧性洋系泊链钢及其制造方法
【专利摘要】本发明公开的高性能海洋系泊链钢，其成分质量百分比为：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，余量为Fe和不可避免杂质；该系泊链钢制成的R6级系泊链整体热处理后在三分之一半径处基体的性能为：抗拉强度(Rm)≥1110Mpa，屈强比（YR）0.88～0.92，延伸率(A)≥12％，断面收缩率(Z)≥50％，冲击功（Akv,-20℃）≥50J，强度-塑性-韧性的乘积Rm*A*Akv≥746Ga％J；所述系泊链钢的常数：Hc≥3.5ppm，K1scc≥60kgf/mm2/3。本发明还公开了该高性能海洋系泊链钢的制备方法以及由此制备的系泊链。本发明的高性能海洋系泊链达到R6级系泊链的要求。
【专利说明】一种低环境裂纹敏感性超高强韧性洋系泊链钢及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于低合金钢领域，特别涉及一种低环境裂纹敏感性超高强韧性淬火-回火大直径海洋系泊长链用钢和由该钢制作的系泊链及其制造方法。
【背景技术】
[0002]根据ABS (美国船级社)《Guide for the certification of offshore mooringchain-December2009))> DNV (挪威船级社)《0ffshorestandardDNV-0S-E302-0ctorber2008》等的规定，系泊链钢按其强度级别可以分为三级(R3)、四级(R4)、五级(R5)。其链环整体调质后的强度级别分别为690Mpa、860Mpa、1000Mpa。而且需要具有高的塑性、韧性及屈强比(0.92的安全性要求。目前各国船级社认可的最高级别的系泊链钢为R5级。
[0003]近年来，随着海洋资源的深入开发，在全球范围内，深海采油、海洋勘探等用途的海洋设施的增多，对系泊这些设施的70~160_大直径系泊链的需求也日益增加。虽然海洋设施趋于大型化、高强化，然而由于其装载重量的限制，链径不可能任意扩大。另一方面，为了杜绝以往墨西哥湾超级飓风导致的采掘装备因系泊链破断而倾覆那样的惨痛事故，实现系泊链的进一步高强度化，以保证浮动海洋结构在严寒、酷暑和狂风巨浪的袭击中稳定、安全服役，更显得迫切。
[0004]然而，仅仅使用提高链钢的强度性能水平，非但难以全面获得诸如裂纹敏感性、低热处理敏感性、低质量效应、高强韧性、低屈强比和母材/焊缝强度差和焊缝韧性等基本工艺性能和力学性能，更难以逾越的技术障碍是强度在大于1000MPa的超高水平时，钢制系泊链在海洋环境中容易因微量环境氢气的入侵而发生EAC (环境敏感裂纹)。例如因R5链断裂的平台灾难性事故警报(美国内务部2011年3月)。
[0005]如所周知，所谓裂纹敏感性、低热处理敏感性、低质量效应，分别是低合金高强度结构钢和系泊链在生产过程中，在奥氏体-铁素体相变温度区，在低应变速率条件下产生脆化裂纹(以下称为低应变速率热脆裂纹)，冷却相变裂纹和链焊缝热影响区裂纹；热处理工艺参数波动引起的性能变化；钢材或链因直径变化引起的性能波动。随着强度的提高，其发生几率或变化、波动程度通常会明显增加。
[0006]使用专利申请号201010516347.3，“海洋采油平台R4S级系泊链条用钢及其制造”试生产的控制Mn (实际是87mm)圆钢制链，该说明书介绍经960°C水冷_580°C水冷的链环，其基体抗拉强度为1025MPa，而相同链环焊缝性能仅为911MPa，即链环与焊缝的抗拉强度差值超过IlOMPaj^ 960°C水冷_590°C水冷的链环，回火温度仅比580°C提高10°C，抗拉强度却急降85MPa，仅有940MPa，屈强比却反而超过0.92，均不符合R4S级链的性能标准，而且规定回火温度为570~590°C，温度范围极窄，热处理敏感性却很高，焊缝性能低，难以用于工业规模制造高强度链。
[0007]检索国内外的淬火-回火热处理钢标准，没有大直径且强度IllOMPa以上的适用的系泊链钢号。·[0008]《IS0683热处理钢，合金钢和易切削钢》标准中的最高强度，也是最高强韧性钢31&Ν?Μο8，该最高强韧性钢31&Ν?Μο8的化学成分、力学性能和淬透性见表1、2。由表2可以看出，其强度、韧性和热处理参数均不符合R6钢的要求。
[0009]表131CrNiMo8 化学成分
【权利要求】
1.一种高性能海洋系泊链钢，其特征在于，其成分质量百分比为: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，余量为 Fe 和不可避免杂质；该系泊链钢制成的R6级系泊链整体热处理后在三分之一半径处基体的性能为:抗拉强度(Rm)≤11101^&，屈强比(￥10 0.88~0.92，延伸率(A)≤12%，断面收缩率(Z) ^ 50%,冲击功(Akv, -20°C)^ 50J,强度-塑性-韧性的乘积 Rm*A*Akv ≤ 666Ga% J ；所述系泊链钢的常数:Hc≤3.5ppm, Klscc≤60kgf/mm2/3o
2.如权利要求1所述的高性能海洋系泊链钢，其特征在于，所述高性能海洋系泊链钢的淬火温度为900~1100°C，回火温度为600~690°C。
3.如权利要求1或2所述的高性能海洋系泊链钢，其特征在于，所述高性能海洋系泊链钢还包括V、Al、Nb、T1、Ca、RME中的一种或一种以上微合金化元素，其含量为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，均以质量百分比计。
4.如权利要求1所述的一种高性能海洋系泊链钢的制造方法，其特征在于，包括如下步骤: a)其出钢成分质量百分比为: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，余量为Fe和不可避免杂质； b)按照上述出钢目标成分配比，采用电炉或转炉初炼，经炉外精炼，真空脱气后浇注成钢锭或连铸坯；锭、坯的截面积与成品圆钢截面积之比大于7 ； c).连铸坯或钢锭浇注后热送加工或缓冷转移至热加工工序或200~700°C保温空冷后再转移至热加工工序； d)连铸坯或钢锭加热，加热炉初始温度≤900°C，升温速度≤1500C /h，至1100~1300°C后保温40分钟以上，然后可以按照以下3种方法任意一种加工成直径70~160mm的圆钢: d.1)经初轧机开坯，缓冷；钢坯表面在800~500°C温度区间的冷却速度≤1800C /h ；如果初轧开坯后钢坯表面在800~500°C温度区间的冷却速度>180°C/h，钢坯在24小时以内加热轧制成品圆钢，否则≤600°C消应力处理；经初轧开坯后的初轧坯在1100~1250°C加热后热轧成直径70~160mm的圆钢，终轧温度< 1050°C，轧后缓冷或> 600°C软化热处理； d.2)初轧开坯后直接热送轧制成直径70~160mm的圆钢，终轧温度≤1050°C，轧后缓冷或> 600°C软化热处理； d.3)连铸坯或钢锭锻制成直径70~160mm的圆钢，终加工温度< 1050°C，随后缓冷或≤600°C软化热处理； e)圆钢经砂轮磨剥和检查后，无深于0.20mm的表面缺陷即可。
5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述电炉或转炉初炼过程中使用的金属原料为铁水、生铁、废钢、铁合金、海绵铁、金属氧化物、矿石中的一种或任意两种以上的混合。
6.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述高性能海洋系泊链钢还包括Al、Nb、T1、Ca、RME中的一种或一种以上微合金化元素，其含量为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，均以质量百分比计。
7.一种高性能海洋系泊链，其特征在于，该系泊链使用权利要求1所述的高性能海洋系泊链钢制备而成。
8.如权利要求7所述的高性能海洋系泊链，其特征在于，所述高性能海洋系泊链钢还包括Al、Nb、T1、Ca、RME中的一种或一种以上微合金化元素，其含量为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，均以质量百分比计。
9.一种高性能海洋系泊链，其特征在于，该系泊链使用权利要求7所述的高性能海洋系泊链钢制成的圆钢制备而成。
10.如权利要求9所述的高性能海洋系泊链，其特征在于，所述高性能海洋系泊链钢还包括V、Al、Nb、T1、Ca、RME中的一种或一种以上微合金化元素，其含量为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，均以质量百分比计。
11.一种权利要求9或10高性能海洋系泊链的制备方法，其特征在于，所述高性能海洋系泊链是采用权利要求7所述的高性能海洋系泊链钢制成的圆钢经下料-加热-弯环-闪光对焊-编链而成，其中:编成的链条在间歇式或立式连续式调质炉中进行热处理，热处理步骤是:首先进行至少一次淬火处理，每次淬火温度920~1050°C，水冷，水温小于50°C;淬火处理后再进行回火处理，回火温度为600~690°C，水冷，水温小于50°C。
12.权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述淬火处理为两次淬火处理。
【文档编号】C22C33/04GK103667953SQ201310624484
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】殷匠, 陶安祥, 陶良凤, 张卫新, 羊先群, 邵云亮, 张明, 李剑 申请人:江苏亚星锚链股份有限公司