[发明专利]一种大规格高性能四级海洋系泊链钢及其加工工艺

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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(R3)、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≥860Mpa，Rp0.2≥580Mpa，R p0.2/Rm≤0.92，冲击功(－20℃ Akv)≥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Φ140mm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22MnCrNiMo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Ni含量来保证其低温冲击韧性，有的文献中Ni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。

发明内容

本发明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≥860MPa，屈强比≤0.92，延伸率≥12%，断面收缩率≥50%，－20℃下的夏比冲击功Akv≥50J。

本发明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≤0.25%，S≤0.006%，P≤0.010%，余量为Fe。

本发明的大规格高性能四级海洋系泊链钢成分中Ni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。

本发明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%。