CN1202533A - 高强度高韧性系泊链用钢及系泊链的生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于制造R4级海洋系泊链的钢种25CrMn2Mo及其生产工艺,该钢种屈服强度≥700MPa、抗拉强度≥900MPa、延伸率≥14%、断面收缩率≥50%、－30℃夏比V型冲击吸收功≥60J,钢具有优异的综合力学性能、较好的焊接性能、较高的抗疲劳性能和耐海水腐蚀性能,且其冶炼制造成本较低、操作工艺简便,用该钢制造的链条可广泛应用于海洋设施系泊结构及浮式船舶等。
Description
本发明属于铁基合金钢，特别是涉及制造海洋系泊链的合金钢及系泊链的生产方法。
随着海洋资源开发业的发展，尤其是海上采油、海洋勘探、国防建设等海洋设施需要使用大量的系泊链，由于海洋尤其是深海恶劣的环境条件和海洋设施的大形化，对系泊链用钢的综合性能提出了更苛刻的要求，不但要求其要有较高的力学性能，还需具有良好的耐海水腐蚀、抗疲劳、耐磨损，优良的焊接性能及较好的焊口低温冲击韧性。目前国内所生产的船用三级锚链钢已远远不能满足以上性能要求，R4级海洋系泊链用钢的研制和生产显得尤为必要。《特殊钢》1992年第2期″海上平台锚链钢30MnCrV的研制和应用″报导其强度为823～845MPa，达不到R4级海洋系泊链强度≥880MPa的要求。《金属热处理》1990年第9期″四级锚链钢的断裂韧性″、《金属热处理学报》1991年第12卷第4期″四级锚链钢的延性断裂韧性与断裂表面的分型″、《热加工工艺》1991年第5期″新型四级锚链钢的力学性能″均报导了相同的两种钢种20SiMnCrNiMo和22SiMnCrNiMoNb，其力学性能可以满足R4级海洋系泊链的性能要求，但由于其冶炼成本高、难度大，至今国内仍无批量产品问世。
随着海洋资源开发业的发展，尤其是海上采油、海洋勘探、国防建设等海洋设施需要使用大量的系泊链，由于海洋尤其是深海恶劣的环境条件和海洋设施的大形化，对系泊链用钢的综合性能提出了更苛刻的要求，不但要求其要有较高的力学性能，还需具有良好的耐海水腐蚀、抗疲劳、耐磨损，优良的焊接性能及较好的焊口低温冲击韧性。目前国内所生产的船用三级锚链钢已远远不能满足以上性能要求，R4级海洋系泊链用钢的研制和生产显得尤为必要。《特殊钢》1992年第2期″海上平台锚链钢30MnCrV的研制和应用″报导其强度为823～845MPa，达不到R4级海洋系泊链强度≥880MPa的要求。《金属热处理》1990年第9期″四级锚链钢的断裂韧性″、《金属热处理学报》1991年第12卷第4期″四级锚链钢的延性断裂韧性与断裂表面的分型″、《热加工工艺》1991年第5期″新型四级锚链钢的力学性能″均报导了相同的两种钢种20SiMnCrNiMo和22SiMnCrNiMoNb，其力学性能可以满足R4级海洋系泊链的性能要求，但由于其冶炼成本高、难度大，至今国内仍无批量产品问世。0.22-0.28％、硅Si：0.15-0.35％、锰Mn：1.55-1.85％、铬Cr：0.90-1.30％、钼Mo：0.45-0.55％、铝Al：0.020-0.050％、氮N＜0.015％、磷P≤0.025％、硫S≤0.025％、镍Ni≤0.25％、铜Cu≤0.25％、铌钒钛(Nb+Ti+V)总量≤0.10％，其余量为铁。
本发明的冶炼工艺是在电炉或转炉上进行，经LF精炼炉精炼、成分微调后浇铸成钢锭。经Φ650/Φ550轧机开坯、精整，在Φ450×2-Φ300×5轧机上制成Φ50-Φ85毫米的热轧圆钢，控制加热温度在1250℃，防止过烧，终轧温度≥850℃，轧后堆冷，钢材要逐支进行表面探伤。
为了使系泊链获得最佳的强度和韧性，将圆钢棒材编环后，经预热闪光对焊制成链条，链条需在立式连续式调质炉中进行淬火加回火处理，淬火温度为900～930℃，水冷到室温，然后再加热到620～650℃温度下回火，水冷到室温。出成品系泊链。
表1为本发明的海洋系泊链钢种化学成分的实施例，加入铌、钛、钒中的一种、两种或三种，其Nb、Ti、V的总量≤0.10％，其它余量为铁。
表2中分别为本发明海洋系泊链钢在淬火温钢在淬火温度/回火温度下，经热处理后的屈服强度(σs)、抗拉强度(σb)、延伸率(65)、断面收缩率(ψ)。
表3所列为本发明海洋系泊链钢在淬火温度/回火温度下，经热处理后在0℃、20℃、-30℃、-40℃温度下的冲击吸收功。
试验链条在规范规定的拉力负荷下进行拉检，然后在焊缝和环背取样。其力学性能见表4和表5。其结果符合船级社“海洋系泊链规范”的要求。
本发明生产方法的实施方案如下：
实施例1
1.化学成分按表1配方。
2.冶练工艺
2.1电炉冶炼原材料要求精料，入炉料计量要准确，保证配比。
2.2保证炉体10炉以内，包体5炉以内不得冶练本钢种，应保证炉体和包体在最佳状态使用。
2.3全熔后全分析，氧化温度不低于1580℃，保证氧化期脱碳量大于0.30％。
2.4在碳含量合适，P＜0.01％，钢温大于出钢温度时出钢。包内预脱氧初步合金化，成分按下限控制。
2.5精炼炉进行全脱氧，底吹氩，成分微调，微合金化，保证白渣出钢。
2.6铸锭时浇注***要干燥，脱模后钢锭要及时放缓冷。严格钢锭表面检查和修磨。
3.轧钢工艺
3.1轧钢应控制钢锭加热温度为1250℃，防止过烧，终轧温度≥850℃，轧后堆冷。
3.2钢坯扒皮，严格酸洗修靡磨和无损探伤。钢材要逐支进行表面探伤。
4.制链工艺是在7#、8#闪光预热对焊专用机组上进行生产的，采用编环对焊，将圆钢棒材经预热闪光对焊制成。
5.热处理工艺中链条需在立式连续式调质炉中进行淬火加回火处理，淬火温度为910～930℃，水冷到室温，然后再加热到620～650℃温度下回火，水冷到室温。
6.成品系泊链。
实施例2
1.化学成分按表1配方。
2.冶练工艺
2.1转炉冶炼入炉铁水P、S含量要符合规程要求，废钢用返回料。
2.2炉体状况和钢包状况处在中期冶炼本钢种。
2.3冶炼严格吹氧制度，防止过氧化，前期造渣，放钢温度＞1600℃，挡渣出钢，包内脱氧合金化控制到成分下限。
2.4LFV精炼合金微调，微合金化，调整温度，白渣下出钢。
2.5送连铸第一炉温度＞1600℃，连铸采用保护浇注，结晶器喂A1，电磁搅拌，严格按规程控制二冷配水，铸坯进行缓冷。
3.轧钢
3.1中型轧材时钢坯加热严格按规程进行，温度控制在1250℃，防止过烧，终轧温度≥850℃，轧后堆冷。
3.2钢材逐支扒皮，表面探伤。
4.制链采用编环对焊，将圆钢棒材经预热闪光对焊制成。
5.热处理为淬火加回火，淬火温度为900～930℃，回火温度为620～650℃。
6.制成成品系泊链。
本发明是关于R4级海洋系泊链用钢及其链条制造工艺，该钢种具有好的焊接性能，好的强韧化性能，高的室温抗拉强度和低温冲击韧性，好的抗海水浸蚀性能和高的抗疲劳性能。提供钢种的屈服强度≥700MPa，其抗拉强度≥900MPa，延伸率≥14％，断面收缩率≥50％，在-30℃夏比V型冲击吸收功≥60J。作为结构材料，该钢种能用于生产棒材，尤其是制造R4级海洋系泊链条。用该钢种所生产的R4级海洋系泊链主要应用于海洋石油开采的浮式生产***，包括半潜式钻井平台，单点系泊结构和浮式生产储油轮以及其它海洋开发设施等，也可用于船舶锚链。
表1 R4级海洋系泊链钢化学成分(重量％)
| 炉号 | 规格 | C | Si | Mn | Cr | Mo | Al | P | S | Cu | Ni |
| 931-2328 | Φ78 | 0.26 | 0.31 | 1.64 | 1.04 | 0.47 | 0.025 | 0.009 | 0.008 | 0.09 | 0.08 |
| 961-1744 | Φ55Φ80 | 0.26 | 0.18 | 1.60 | 0.97 | 0.51 | 0.042 | 0.018 | 0.018 | 0.10 | 0.05 |
| 97T-2155 | Φ55 | 0.26 | 0.26 | 1.76 | 1.24 | 0.46 | 0.027 | 0.010 | 0.007 | 0.12 | 0.06 |
| 97T-2154 | Φ60 | 0.27 | 0.23 | 1.76 | 1.27 | 0.47 | 0.025 | 0.013 | 0.008 | 0.13 | 0.07 |
表2 R4级海洋系泊链用钢力学性能
| 炉号 | 规格 | 热处理工 艺℃ | σsMPa | σbMPa | δ5％ | ψ％ |
| 931-2328 | Φ78 | 900/620900/650910/650910/680 | 835740800790 | 1020905915910 | 18212018 | 66696867 |
| 961-1744 | Φ55 | 930/650 | 785 | 915 | 20 | 59 |
| 961-1744 | Φ80 | 930/650 | 785 | 915 | 20 | 60 |
| 97T-2155 | Φ55 | 930/650 | 825 | 1015 | 19 | 62 |
| 97T-2154 | Φ60 | 930/650 | 835 | 1030 | 18 | 60 |
表3 R4级海洋系泊链用钢力学性能
| 炉号 | 规格 | 热处理工 艺 | AKV(J) | |||
| 0℃ | 20℃ | -30℃ | -40℃ | |||
| 931-2328 | Φ78 | 900/620900/650910/650910/680 | 146，149，147145，143，140136，133，130138，142，136 | 145，149，144140，145，142130，120，130116，134，140 | 145，144，145140，141，140130，132，126130，116，132 | 145，144，146140，139，142130，130，128130，118，130 |
| 961-1744 | Φ55 | 930/650 | 160，170，162 | 158，168，144 | 142，172，152 | 174，158，172 |
| 961-1744 | Φ80 | 930/650 | 132，146，156 | 148，149，158 | 146，146，150 | 144，144，150 |
| 97T-2155 | Φ55 | 930/650 | 150，162，160 | 150，159，149 | 140，155，154 | 140，139，142 |
| 97T-2154 | Φ60 | 930/650 | 136，146，146 | 140，145，150 | 145，139，142 | 140，139，145 |
表4 海洋系泊链条力学性能
| 规格 | 炉号 | 链号 | 热处理工 艺℃ | 环 背 | 焊 口 | ||||||
| σsMPa | σbMPa | δ5％ | ψ％ | σsMPa | σbMPa | δ5％ | ψ％ | ||||
| Φ76Φ55Φ80Φ55Φ80 | 931-2328961-1744961-174497T-215597T-2154 | TR401TR402TR403TR404TR405 | 910/630930/630930/630930/650930/650 | 799799854840850 | 91091095510101025 | 1919211918 | 6464656460 | 800800850835850 | 91091095010151020 | 1717181716 | 6363626362 |
表5 海洋系泊链力学性能
| 链号 | 环背V型冲击-30℃J | 焊口V型冲击-30℃J |
| TR401TR402TR403TR402TR403 | 146，139，140145，140，139145，146，145142，145，143140，139，138 | 110，107，87110，102，100105， 97，106105， 98，10297， 95，100 |
Claims (6)
1、一种高强度高韧性系泊链用钢，其特征在于该合金钢为低合金化钢25CrMn2Mo。
2、按照权利要求1所述的系泊链用钢，其特征在于该钢种的化学成分(重量％)为：碳0.20～0.30％、硅0.15～0.55％、锰1.40～1.90％、铬0.80～1.40％、钼0.40～0.60％、铝0.020～0.065％、氮＜0.015％、磷≤0.025％、硫≤0.025％、镍≤0.25％，铜≤0.25％，余量为铁。
3、按照权利要求2所述的系泊链用钢，其特征在于该钢种中还可以加入铌、钛、钒，其总量≤0.10％。
4、按照权利要求1和2所述的系泊链用钢，其特征在于该钢种的最佳成分，用重量百分比表示如下：碳C：0.22-0.28％、硅Si：0.15-0.35％、锰Mn：1.55-1.85％、铬Cr：0.90-1.30％、钼Mo：0.45-0.55％、铝Al：0.020-0.050％、氮N＜0.015％、磷P≤0.025％、硫S≤0.025％、镍Ni≤0.25％、铜Cu≤0.25％、铌钒钛(Nb+Ti+V)总量≤0.10，其余量为铁。
5、按照权利要求1所述系泊链的生产方法，包括冶炼、精炼、铸锭、轧制、焊接、链条热处理工序，其特征在于
(1)在电炉冶炼工艺中氧化温度不低于1580℃，氧化期脱碳量大于0.30％，磷含量P＜0.01％，钢温大于出钢温度时出钢，成分按下限控制。
(2)是将钢棒(线)材经预热闪光对焊
(3)链条需在立式连续式调质炉中进行淬火加回火处理。
6、按照权利要求5所述的系泊链的生产方法，其特征在于淬火处理的温度为900～930℃，水冷到室温，然后再加热到620～650℃温度下回火，水冷到室温。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C01 | Deemed withdrawal of patent application (patent law 1993) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |