[发明专利]一种高性能海洋系泊链钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于低合金钢领域，特别涉及一种高性能海洋系泊链钢及其制造方法。 

背景技术

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。目前各国船级社认可的最高级别的系泊链钢为四级。 

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60～160mm大直径系泊链的需求也日益增加。另一方面，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，链径不可能再扩大，于是需要更高强度级别，更可靠的材料制造系泊链，以经受寒、暑和狂风巨浪。而目前国内外所生产的四级系泊链往往已经不能满足上述性能要求，从而，更高强度级别系泊链钢的研究和生产显得尤为迫切。 

目前国际上已提出草拟标准，要求系泊链整体热处理后的抗拉强度分别≥960Mpa(R4S，四级半)和≥1000Mpa(R5，五级)，屈强比(屈服与强度之比)≤0.92，延伸率≥12％，断面收缩率≥50％，冲击功(-20℃Akv)≥58J，慢应变速率拉伸测量HE(氢脆)和SCC(应力腐蚀开裂)等附加要求。由于大径链冷却困难，其具有的淬透性必须比相同强度级别的钢板高得多。 

目前国内外大量生产的四级钢，已形成化学成分大致为0.22C-1.5Mn-1.1Cr-0.8Ni-0.4Mo，碳当量Ceq大致≤0.88。其与中国专利申请号99116494.6中介绍的国内外常用四级链钢的成分相差不大。 

为进一步提高链钢强度，有二条途径：一、是降低回火温度；二、是继续增加淬透性，即增加组织中马氏体-下贝氏体的体积分数。但是降低回 火温度不仅使屈强比提高(如日本特许出愿公开昭60-89551实施例中回火温度为550～565℃，抗拉强度尚未达到1000MPa，屈强比已超过0.92)，何况在连续式调质炉中回火，温度低于600℃不容易保持炉温的稳定，还要防止回火脆性引起韧性下降，须更严格控制各类元素，因此五级链钢的生产不可能利用该途径；以提高C增加淬透性，会劣化韧性和增加焊接裂纹的发生概率。而增加合金元素，不仅提高成本，同时也增大Ceq，从而提高链环淬火开裂的风险，同时屈强比也往往不合格。 

从成分分析可见，除了Mn、Cr比例根本不同外，就Ni元素而言，日本专利昭60-89551中无Ni，而中国专利申请号98110160.7和中国专利申请号99116494.6中Ni含量较低。 

从力学性能对比可见，中国专利申请号99116494.6和日本特许出愿公开昭60-89551，前者的部分实验抗拉强度达到1000Mpa，然而无屈强比数据，而且热处理钢材的冲击韧性低，焊口冲击韧性则非常低。日本特许出愿公开昭60-89551直径84mm的圆钢在淬火和565℃回火的实施例中虽然有部分达到了抗拉强度1000MPa，但是相应的屈强比在0.92和0.93之间，难以满足≤0.92的要求；对于中国专利申请号98110160.7，其中直径80mm的圆钢在930℃淬火-650℃高温回火，其抗拉强度虽然达到了1000Mpa，但是对照与之成分相近的日本特许出愿公开昭60-89551的实施例和我们的生产实践，发现其数据与应有的变化规律相差甚远，由此对该批数据的准确性表示怀疑。 

从生产工艺来看，日本特许出愿公开昭60-89551实施例中回火温度为550～565℃，不易在连续式调质炉回火处理中使用(因为温度低于600℃不易保持炉温的稳定)，更低于船规允许的最低回火温度570℃。中国专利申请号98110160.7规定了电炉冶炼中氧化温度不低于1580℃，属于通用工艺；又规定钢锭加热温度1250℃，防止过烧。该专利规定在立式连续式调质炉中进行淬火加回火处理，其中淬火温度为900～930℃，水冷至室温，回火温度为620～650℃，水冷至室温。如前所述该工艺与日本特许出愿公开号昭60-89551使用的工艺及我们的实际数据差别太大，因此怀疑其可靠性。 

                                        表1原有系泊链钢专利的成分(重量％) 

                                             表2原有系泊链钢专利的力学性能 

发明内容