本发明属于船用锚链用钢和海洋工程系泊链用钢领域，具体涉及一种高强度高韧性耐腐蚀链条用钢及其热处理方法。
背景技术：
：石油勘探开采已由近海向深海发展，并逐渐向极地海洋推进。传统的船用锚链和系泊链仅仅要求考核-20℃冲击功指标，已经满足不了破冰船和极地海洋平台的抗低温冲击需求。此外，船用锚链和系泊链长期暴露或浸泡在海洋大气环境或海水环境下，腐蚀严重也是其失效的主要形式之一。传统的船用锚链采用C-Mn钢，几十年来没有升级换代；系泊链近十几年的技术或专利主要围绕大规格、高强度方向发展，高强度系泊链的C含量水平维持在0.16wt.％以上的水平，Mn、Cr、Mo含量逐渐增多，冶金技术的进步很大程度上解决了常规的低温冲击韧性要求，而超低温冲击韧性未引起足够的关注。本发明在研究船用锚链和系泊链闪光焊焊缝低温冲击韧性的基础上，提出降低碳的含量、协同Ni、Cr、Mo、Nb、V等合金设计、采用两次淬火热处理工艺方法等手段来实现高强度链条用钢母材和闪光焊缝低温冲击韧性的提高，并同时提高耐腐蚀性能。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种高强度高韧性耐腐蚀链条用钢。在化学成分上，采用低C设计，提高上平台冲击功和降低韧脆转变温度，在低Mn低Si的合金化设计下，协同Ni、Cr、Mo、Nb、V等合金化，补偿降C引起的强度损失，进一步降低韧脆转变温度，特别是改善闪光焊焊缝区的低温冲击韧性。为了达到上述技术目标，本发明的技术方案具体如下：一种高强度高韧性耐腐蚀链条用钢，化学成分C：0.06～0.11wt.％、Si：0.15～0.35wt.％、Mn：0.30～0.50wt.％、Cr：1.00～3.00wt.％、Ni：2.00～4.00wt.％、Mo：0.30～0.60wt.％、Nb：0.02～0.06wt.％、V：0.03～0.09wt.％、P<0.015wt.％、S<0.015wt.％，余量为Fe和不可避免的杂质，均为重量百分数。优选地、化学成分C：0.06～0.08wt.％、Si：0.15～0.20wt.％、Mn：0.30～0.38wt.％、Cr：1.00～1.85wt.％、Ni：2.00～3.15wt.％、Mo：0.30～0.45wt.％、Nb：0.02～0.03wt.％、V：0.03～0.05wt.％、P<0.015wt.％、S<0.015wt.％，余量为Fe和不可避免的杂质，均为重量百分数。优选地、化学成分C：0.09～0.11wt.％、Si：0.25～0.35wt.％、Mn：0.40～0.50wt.％、Cr：2.00～3.00wt.％、Ni：3.50～4.00wt.％、Mo：0.50～0.60wt.％、Nb：0.04～0.06wt.％、V：0.06～0.09wt.％、P<0.015wt.％、S<0.015wt.％，余量为Fe和不可避免的杂质，均为重量百分数。优选地、采用两次淬火热处理和一次回火热处理的工艺方式，链条一次通过A奥氏体化加热炉、A淬火槽、B奥氏体化加热炉、B淬火槽和C回火加热炉。优选地、淬火得到板条马氏体组织，回火后的马氏体组织仍然为板条状，板条块宽度为0.3-5μm，此外，在板条间和板条内部弥散分布着直径为0.2-0.8μm、体积分数为0.15％-0.35％的颗粒状渗碳体和直径为5-15nm、体积分数为0.02％-0.08％的MC相粒子。优选地、A炉加热温度为880-960℃，在炉时间为20min-60min，A淬火槽采用链条入水淬火的方式，B炉加热温度为820-900℃，在炉时间为20min-60min，B淬火槽也采用链条入水淬火的方式，C炉加热温度为600-660℃，在炉时间为30min-60min，出C炉后空冷。优选地、A炉加热温度为880-915℃，在炉时间为40min-60min，A淬火槽采用链条入水淬火的方式，B炉加热温度为820-845℃，在炉时间为40min-60min，B淬火槽也采用链条入水淬火的方式，C炉加热温度为600-630℃，在炉时间为40min-60min，出C炉后空冷。优选地、A炉加热温度为920-960℃，在炉时间为20min-35min，A淬火槽采用链条入水淬火的方式，B炉加热温度为850-900℃，在炉时间为30min-60min，B淬火槽也采用链条入水淬火的方式，C炉加热温度为635-660℃，在炉时间为30min-35min，出C炉后空冷。本发明各元素的作用及配比依据如下：碳：较高的C含量容易在链条闪光焊和热处理时出现裂纹，在闪光焊时出现严重烧损；较高的C含量也不利于低温冲击韧性；而过低的C含量不利于强度调控。因此，本发明采用低C设计，控制C含量为0.06～0.11％。硅：钢中脱氧元素之一，同时Si在闪光焊接时容易氧化、烧损，易产生硅酸盐夹杂，降低焊缝区的韧性，因此，本发明采用低Si设计，控制Mn含量为0.15～0.35％。锰：钢中脱氧元素之一，同时Mn在闪光焊接时容易氧化、烧损，易产生氧化物夹杂，降低焊缝区的韧性，因此，本发明采用低Mn设计，控制Mn含量为0.30～0.50％。铬：Cr是提高链条用钢淬透性和强度的主要元素，同时提高钢的抗腐蚀能力，在闪光焊时不易氧化、烧损。Cr、Mo配合还能显著提高链条用钢的抗高温回火稳定性，为低C链条用钢提供了强度保障。在低C、低Mn、低Si的合金化设计下，进行较高Cr含量设计，本发明控制Cr含量为1.00～3.00wt.％。过低的Cr含量对淬透性不利，保护闪光焊焊缝质量的效果不佳。过高的Cr含量时，容易形成粗大的Cr的碳化物，不利于韧性。镍：Ni是显著降低钢的韧脆转变温度、提高冲击韧性的合金元素，Ni也能提高钢的淬透性和强度，提高钢的抗腐蚀能力；特别的，Ni在闪光焊接时也不易氧化、烧损，Ni与Cr、Mo等合金元素协同对闪光焊焊缝的成分具有保护作用。本发明采用较高的Ni含量设计，控制Ni含量为2.00～4.00wt.％。过高的Ni含量增加制造成本。钼：Mo能显著提高钢的淬透性，提高钢的耐蚀性，提高钢的抗高温回火稳定性，防止回火脆性，并且是闪光焊接时不易氧化和烧损的元素。此外，Mo还能与Nb、V等微合金元素形成MC相，增加MC析出总量的同时还可以阻止MC相粗化，更有利于充分发挥MC相的细化晶粒和沉淀强化的作用。钼含量低于0.30％时，提高抗高温回火稳定性的效果不显著，而含量过高时，不利于制造成本控制。因此，本发明控制Mo含量0.30％～0.60％。铌：Nb在链条用钢的全流程生产过程如热轧、热处理中起细化晶粒作用，也具有一定的沉淀强化作用。在热轧过程中Nb主要以固溶形式存在，对再结晶具有强烈的阻止作用，提高了奥氏体的再结晶温度，有利于非再结晶控制轧制、细化奥氏体晶粒。奥氏体化热处理过程中，Nb主要以MC相析出形式存在，细化奥氏体晶粒，进一步改善低温冲击韧性。根据低C含量设计、MC的固溶度积公式和全流程细化晶粒的控制思路，本发明控制Nb含量为0.02％～0.06％。钒：V在奥氏体化热处理时与Nb、Mo等协同部分析出，起细化奥氏体晶粒的作用。更多的V含量在回火过程中与Nb、Mo等协同析出，起沉淀强化作用。根据低C含量设计、MC的固溶度积公式，本发明控制V含量为0.03％～0.09％。磷和硫：钢中杂质元素，显著降低塑韧性，其含量控制在0.015wt.％以内。本发明所涉及的一种高强度高韧性耐腐蚀系泊链用钢可以采用真空感应炉、电炉或转炉冶炼，铸造可以采用模铸或连铸，铸坯经开坯后，在棒材生产线进行热轧，压缩比不低于5。制链工艺可以在传统锚链或系泊链厂进行，采用闪光焊焊接方式。链条热处理采用竖式连续热处理炉，包含A奥氏体化加热炉与A淬火槽、B奥氏体化加热炉与B淬火槽以及C回火加热炉，本发明提供的热处理工艺方法如下：采用两次淬火热处理和一次回火热处理的工艺方式，链条一次通过A奥氏体化加热炉、A淬火槽、B奥氏体化加热炉、B淬火槽和C回火加热炉。A炉加热温度为880-960℃，在炉时间为20min-60min，A淬火槽采用链条入水淬火的方式，B炉加热温度为820-900℃，在炉时间为20min-60min，B淬火槽也采用链条入水淬火的方式，C炉加热温度为600-660℃，在炉时间为30min-60min，出C炉后空冷。淬火得到板条马氏体组织，回火后的马氏体组织仍然为板条状，板条块宽度为0.3-5μm，此外，在板条间和板条内部弥散分布着直径为0.2-0.8μm、体积分数为0.15％-0.35％的颗粒状渗碳体和直径为5-15nm、体积分数为0.02％-0.08％的MC相粒子。本发明的优点在于：本发明钢采用低C、低Mn、低Si含量设计，进行较高的Cr、Ni合金化和Mo-V-Nb复合微合金化，大幅度改善闪光焊氧化和烧损问题，不仅使环背获得超低温高韧性，还使焊缝区获得超低温高韧性。结合MC相抑制奥氏体晶粒长大的作用，两次淬火处理获得均匀细小的奥氏体晶粒和相变组织，特别改善了焊缝区的组织均匀细化程度。由于采用较高的Cr、Ni和Mo合金化，也具有了较好的耐海水腐蚀性能。附图说明下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1为实施例1#热处理后环背原奥氏体晶粒和显微组织的OM照片。图2为实施例1#热处理后焊缝原奥氏体晶粒和显微组织的OM照片。具体实施方式下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明中很小的一部分，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。表1化学成分编号CSiMnNiCrMoNbVPS1#0.060.250.452.552.750.480.050.030.0120.0052#0.0850.250.342.832.360.360.030.080.0100.0053#0.100.320.483.821.120.550.020.050.0130.006表2连续热处理工艺参数本发明实施例1#-3#钢化学成分如表1所示。经真空感应炉冶炼后进行模铸，锻造开坯后在棒材热轧生产线上轧制成直径为32mm圆棒，然后在锚链厂进行制环和热处理，连续热处理工艺参数如表2所示，力学性能和在室温人工海水下静态全浸7天的平均腐蚀速率如如表3所示。实施例1#热处理后环背和焊缝区的奥氏体晶粒和相变组织较均匀细小。所有实施例的抗拉强度均达到1000MPa级，-60℃冲击韧性KV2达到100J以上。表3力学性能和平均腐蚀速率(室温人工海水下静态全浸7天)以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3