[发明专利]一种含钒R4系泊链用钢及其热处理工艺和生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含钒R4系泊链用钢及其热处理工艺和生产方法。

背景技术

系泊链产品主要用于海洋石油、天然气开采用浮式生产系统、半潜式钻井平台、单点系泊结构和浮式生产储油轮船以及其它海洋开发设施等，其产品质量关系到海上作业和船舶航行的安全性。由于系泊链长期浸泡在海水中，条件恶劣，因此要求系泊链用钢不仅强度高、韧性好，而且还要求具有耐海水腐蚀、抗疲劳破坏、耐磨损等特性。根据使用的强度水平不同，系泊链产品主要有R3、R3S、R4、R4S、R5级等。

近年来，随着深海采油、勘探的开发，对深海采油、勘探设备用高强度、大规格系泊链(Ф90mm～Ф210mm)的需求逐渐增加。由于大规格系泊链产品调质冷却困难，导致系泊链全截面全部淬透困难，目前，世界各国R4级大规格系泊链钢产品均采用高合金成分方案(大致为0.22C-1.4Mn-1.3Cr-1.2Ni-0.5Mo)，以提高其淬透性，从而满足大规格系泊链产品调质后高强度、高韧性、耐疲劳的要求，但其存在以下缺陷：

(1)由于合金元素含量高，导致材料热轧态组织为半马氏体组织，材料在交货前必须进行退火处理，否则材料在放置过程中会产生马氏体转变，产生组织应力，从而导致材料出现内裂纹报废。

(2)由于Mn、Cr、Mo等合金元素含量高，会恶化钢的焊接性，增加焊接裂纹的发生概率。

(3)由于合金元素含量高，提高了系泊链淬火开裂的风险，并且屈强比也往往不合格(>0.92)。

(4)增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含钒R4系泊链用钢及其热处理工艺和生产方法，利用微量V、Ti、B、氮及少量Ni、Cu、Mo、Cr、Mn复合合金化原理，结合对热处理工艺优化，在降低生产成本的前提下，显著提高R4系泊链用钢的淬透性、耐腐蚀性、抗疲劳性和低温韧性，进而 显著提高R4系泊链用钢的整体性能均匀性、寿命和安全性，从而生产出低成本高性能的R4系泊链用钢。具体技术方案如下：

一种含钒R4系泊链用钢，按照质量百分比含有如下组分：C：0.26～0.31，Si：0.15～0.40，Mn：0.60～0.90，P：≤0.010，S：≤0.005，Cr：1.00～1.20，Mo：0.20～0.30，Ni：0.50～0.80，V：0.11～0.14，Ti：0.010～0.030，Cu：0.25～0.40，B：0.0008～0.0030，Als：0.015～0.050，[N]：0.010～0.015，其余为铁和不可避免杂质。

上述含钒R4系泊链用钢的热处理工艺，包括如下步骤：

(1)淬火：系泊链用钢加热至温度880～930℃，在该温度段加热保温时间按1.5～2.0min/mm计算，冷却。

(2)回火：系泊链用钢加热至温度600～650℃，在该温度段加热保温时间按2～2.5min/mm计算，冷却。

进一步地，步骤(1)和/或(2)中的加热速度为50～100℃/h。

进一步地，步骤(1)中水冷至室温。

进一步地，步骤(2)中空冷至室温。

进一步地，步骤(1)中以80℃/h加热至温度910℃，加热保温时间270min，水冷。

进一步地，步骤(2)中以80℃/h加热至温度620℃，加热保温时间420min，空冷。

上述含钒R4系泊链用钢的生产方法，进一步地，包括如下步骤：

a.电弧炉或转炉冶炼；

b.LF炉精炼；

c.RH或VD真空脱气；

d.连铸；

e.铸坯加热炉加热；

f.圆钢轧制； 

g.系泊链锻造； 

h.调质热处理。 

进一步地，热处理包括如下步骤：

(1)淬火：系泊链用钢加热至温度880～930℃，在该温度段加热保温时间按1.5～2.0min/mm计算，冷却。

(2)回火：系泊链用钢加热至温度600～650℃，在该温度段加热保温时间按2～2.5min/mm计算，冷却。