一种大规格高性能四级海洋系泊链钢及其加工工艺制造技术

本发明专利技术属于低碳低合金钢领域，涉及一种大规格高性能四级海洋系泊链钢及其加工工艺，其化学成分为：C：0.20%～0.25%，Si：0.30%～0.50%，Mn：1.40%～1.80%，Cr：0.80%～1.40%，Mo：0.30%～0.40%，Ti：0.01%～0.02%，Al：0.02%～0.06%，Cu≤0.25%，S≤0.006%，P≤0.010%，余量为Fe。本发明专利技术通过成分优化设计，采用MnCrMoSiCu的合金体系，降低合金元素总量，具体措施为：不加Ni，降低Mo，提高Mn、Si，添加Cu的设计思路。采用真空中频感应炉进行冶炼，保证其具有较高的真空度和纯净度。对冶炼得到的大方坯进行锻造加工成Φ150mm以上棒材，使其获得和轧态一样的性能。本发明专利技术所生产的圆钢具有较高的淬透性，同时其碳当量和冷裂纹敏感参数和该系列钢种（Ni含量达0.6～1.2%时）相差不大，但成本却大大降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于低碳低合金钢领域，具体涉及一种大规格高性能四级海洋系泊链钢及其加工工艺。
技术介绍
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60mm 160mm大直径系泊链的需求也日益增加。另一方面，由于系泊链钢主要用于海洋环境，长期浸泡在海水中，服役条件极其恶劣，因此要求系泊链用钢不仅要求高强度、良好的韧性，而且还要求具有耐海水腐蚀、抗疲劳、耐磨损等特性。而目前国内外所生产的四级系泊链为了保证其高性能，通过增加Ni、Mo等合金元素含量，导致钢材价格昂贵。因此，大规格低成本高性能系泊链钢的研究和生产显得尤为迫切。系泊链钢按其强度级别可以分为三级(旧)、三级半(R3s)、四级(R4)，其链环整体调质后的强度级别最低要求分别为690MPa、770MPa、860MPa，而且需要具有高的塑性、韧性及屈强比< 0. 92的安全性要求。四级系泊链钢是目前各国船级社认可的最高级别，最近也有五级系泊链钢的研究。近年来，各国通过对三级近海系泊链钢(R3)要求的基础上，结合四级系泊链钢的成分及性能要求，加入一些有益合金元素，以求满足四级锚链钢的性能及组织要求。与三级钢相比，四级系泊链钢具有更高的强度，冲击韧性及优良的综合性能。挪威船级社 (DNV)、美国船级社(ABS)、英国劳氏船级社(LR)规范对四级系泊链产品的性能要求为 Rm 彡 860Mpa, RpO. 2 彡 580Mpa, R ρ0· 2/Rm 彡 0. 92，冲击功(一 20°C Akv)彡 50J。目前三级系泊链钢的性能远远不能满足需求，因此，开发四级系泊链的研究迫在眉睫。国内对四级系泊链的研究曾经做过一些报道，《金属学报》1990年第9期“四级锚链钢的断裂韧性的研究”、《特殊钢;^〉2000年第4期“高强度高韧性海洋四级系泊锚链钢的试制及应用”、《钢铁研究》2002年第5期“四级锚链钢的实验室研究”、《特殊钢》2006年第5期 "R4海洋系泊链Φ 140mm圆钢的开发”、《热加工工艺》2009年第2期“热处理对新型系泊链钢22MnCrNiM0组织和性能的影响”。这些文献都报道了一些用于R4级系泊链生产的钢种， 其共同点是通过加入大量的M含量来保证其低温冲击韧性，有的文献中M含量高达1. 2% 左右，这样势必造成生产成本的提高，资源的浪费。上述文献中R4系泊链钢的生产，仅仅用于实验室研究阶段，并没有适用于工业大生产。目前国内能够生产并获得专利的R4级系泊链的厂家，有兴澄钢铁公司(专利号 00109053. 4)和江苏沙钢(专利号0710191457. 5)，其采用的工艺主要是电炉生产工艺。但是，由于合金成分总体较高，导致材料在放置或热处理的时候产生内部裂纹，这样造成材料的整体报废严重，同时成分中的Ni含量较高，不仅增加了成本，而且也造成了资源的浪费
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种大规格高性能四级海洋系泊链钢及其加工工艺，可以解决现有系泊链钢性能不足和热处理工艺不理想问题，全面提高整体热处理后系泊链钢性能，抗拉强度彡860MPa，屈强比<0.92，延伸率彡12%，断面收缩率彡50%, - 20°C下的夏比冲击功Akv彡50J。本专利技术解决以上技术问题的技术方案是一种大规格高性能四级海洋系泊链钢，其成分含量wt. %为=C :0. 20% 0. 25%，Si 0. 30% 0. 50%, Mn :1. 40% 1. 80%, Cr :0. 80% 1. 40%, Mo :0. 30% 0. 40%, Ti :0. 01% 0. 02%, Al 0. 02% 0. 06%, Cu 彡 0. 25%, S 彡 0. 006%, P 彡 0. 010%,余量为 Fe。本专利技术的大规格高性能四级海洋系泊链钢成分中M含量为0，通过重新设计以上合金成分，且合金元素总含量较低，在不影响其高性能的条件下可大幅度降低成本。本专利技术主要合金元素的作用及其限定说明C 0. 20% 0. 25%，碳可以提高钢的强度，同时又可以提高钢的淬透性。碳含量低于 0. 2%，不易达到强度要求，增加合金用量；高于0. 25%，钢易产生冷却裂纹和制链焊接及热处理淬火裂纹，也不允许高温加热钢锭和连铸坯，以免过烧。因此，控制C含量0. 20% 0. 25%。Mn 1. 40% 1. 80%，锰是作为提高钢的强度和韧性，在四级系泊链钢中，锰是为了保证大规格钢的尺寸，提高钢的淬透性而加入的主要合金元素，其数量也相对最多，相对现有技术，Mn含量相应增加，尤其应予指出的是，Mn增加组织中马氏体的含量，从而提高屈强比。但锰易产生成分偏析，影响组织和性能的均勻性，从而影响焊缝韧性和其他附加性能， 含量不宜过高。因此，控制锰含量1. 40% 1. 80%。Si 0. 30% 0. 50%,硅可提高钢的强度及淬透性，和锰同样有脱氧效果。本合金体系中，由于Ni等合金元素总量减少，为了保证其淬透性，因此规定Si其最低含量为0. 30%, 但是硅含量过高，硅易被氧化，闪光焊时易产生硅酸盐夹杂，将降低钢的焊接断口的韧性， 因此设定其上限为0. 50%。Cr 0. 80% 1. 40%，铬是提高系泊链钢强度及淬透性的主要元素，其同时提高钢的抗腐蚀能力，并具有提高回火稳定性的作用。本专利中，考虑不加入M的含量，为保证其有较高的耐腐蚀性和相应的淬透性，因此铬含量不应低于0. 80%，相对现有技术，本专利技术降低了铬的含量。由于Cr与Mo配合能够扩大贝氏体转变区域，提高贝氏体转变温度，因此本专利技术钢淬火组织中上贝氏体的比例有所增加，限制了马氏体/下贝氏体的比例，设定Cr上限为1.40%，保证了高强链钢的屈强比明显降低，使高强钢屈强比< 0. 92指标难题得以实现。Mo 0. 30% 0. 40%，根据船规，R3S(三级半)以上系泊链钢的钼含量不得小于 0.20%。钼提高钢的淬透性，细化晶粒，防止回火脆性，显著提高钢的冲击韧性，钼也可以提高钢的耐蚀性，并且是闪光焊接时不易烧损的元素。另外钼与铬组合可以提高贝氏体含量， 控制贝氏体/马氏体比例。钼含量低于0. 20%时，作用不大，而含量高于0. 60%时，晶粒会有长大粗化的趋势，对冲击韧性有一定的影响，加入的意义不大，而且价格昂贵增加钢材成本。因此,控制Mo含量0. 30% 0. 40%οCu 0 0. 25%，铜在低含量时，其作用和镍相似，可以提高钢的强韧性，因此本设计体系中，加入Cu主要保证相应的强韧性，特别是改善系泊链潮差区域的耐候性。铜Ceq系数较低，价格比镍便宜，可以适当利用。但是当Cu含量较高时，其和钢中相应的As、Sn以及P元素一样，会引起晶界元素偏聚，从而诱发表面裂纹的产生，因此要求Cu含量上限为 0. 25%。Ti 0. 01% 0. 02%,微合金元素钛是强碳、氮化物形成元素，利用微细弥散分布析出的Tic、TiN可以减少基体中C、N间隙原子，起到细化晶粒作用，改善钢的塑性、韧性和高强度钢的耐延迟断裂性能，但是钛加入量过多容易形成粗大的Ti (C，N)夹杂物。从提高钢的强度考虑，在保证技术条件要求的前提下，应尽可能按下限控制钛含量本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种大规格高性能四级海洋系泊链钢，其特征在于：其成分含量ｗｔ．％为：Ｃ：０．２０％～０．２５％，Ｓｉ：０．３０％～０．５０％，Ｍｎ：１．４０％～１．８０％，Ｃｒ：０．８０％～１．４０％，Ｍｏ：０．３０％～０．４０％，Ｔｉ：０．０１％～０．０２％，Ａｌ：０．０２％～０．０６％，Ｃｕ≤０．２５％，Ｓ≤０．００６％，Ｐ≤０．０１０％，余量为Ｆｅ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李英奎，袁晓敏，李旭，何宜柱，王发仓，斯松华，
申请(专利权)人：南京钢铁股份有限公司，安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：84