R4級系泊鏈用鋼及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種R4級系泊鏈用鋼及其制備方法。該鋼的化學(xué)成分按重量百分比計為：C:0.15～0.24%、Si:0.15～0.30%、Mn:1.2～1.60%、P≤0.025%、S≤0.025%、Cu≤0.02%、Cr:0.8～1.3%、Ni:0.70～1.30%、Mo:0.2～0.50%、Al:0.02～0.05%、As≤0.0050%、Sb≤0.0050%、Sn≤0.0050%、N≤0.0050%、O≤0.0020%、H≤0.0020%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其制備方法包括鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、吹氬、LF爐精煉、RH爐真空處理、連鑄、方坯加熱、軋制、空冷、無損探傷的步驟。該鋼具有高強(qiáng)度、高韌性、低成本、耐腐蝕的優(yōu)點。
【專利說明】R4級系泊鏈用鋼及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于低合金鋼【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是指一種R4級系泊鏈用鋼及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]系泊鏈產(chǎn)品主要用于海洋石油開采用浮式制備系統(tǒng)、半潛式鉆井平臺、單點系泊結(jié)構(gòu)和浮式制備儲油輪以及其它海洋開發(fā)設(shè)施，近年來，隨著海洋資源開放的深入發(fā)展，尤其是海洋采油，海洋勘探、國防建設(shè)等海洋設(shè)施需要使用大量的系泊鏈，由于海洋尤其是深海惡劣的作業(yè)環(huán)境和海洋設(shè)施的大型化，對系泊鏈用鋼的綜合性能提出了更為苛刻的要求，不僅要求強(qiáng)度高，韌性好，重量輕，還要求耐海水腐蝕、抗疲勞、耐磨損以及優(yōu)良的焊接性能和較好的焊口低溫沖擊韌性。在系泊鏈的制鏈工藝過程中，棒材要經(jīng)閃光焊接后，制成上千米長的鏈條，整條鏈條再經(jīng)淬火+回火的調(diào)質(zhì)熱處理。大型鏈條在其表面和焊縫處極易產(chǎn)生淬火和回火裂紋缺陷，一旦產(chǎn)生這樣的缺陷，其中有裂紋的鏈環(huán)必須從整個鏈條中取掉而重新制作，這將大幅度地增加能耗，降低制備效率。另外在焊接過程中，焊縫處主要元素如C、Si,Mn等的燒損和堆積，會降低焊縫處的力學(xué)性能。因此通過成分的優(yōu)化設(shè)計和冶煉過程的精確控制，降低鋼種的熱處理敏感性，提高焊口部分的力學(xué)性能，保證大直徑棒材(直徑為70~160mm)的淬透性是本鋼種設(shè)計和制備的關(guān)鍵。由于鏈條長期浸泡在海水中，因此要求系泊鏈用鋼不僅有較高的強(qiáng)度和韌性配合，而且還要求具有耐海水腐蝕、抗疲勞耐磨等性能。目前國內(nèi)所制備的船用三級錨鏈鋼已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足以上海洋系泊鏈性能要求。因此，海洋系泊鏈用鋼的研究和制備顯 得尤為重要和迫切。
[0003]在本發(fā)明之前，申請?zhí)枮?0109053.4的中國專利，公開了一種高強(qiáng)度、高韌性、耐腐蝕的系泊鏈用鋼及其制備工藝，該鋼含有(重量%)c:0.25-0.33%、S1:0.15-0.30%、Mn:1.45-1.75%、Cr:0.90-1.40%、N1:1.00-1.20%、Mo:0.45-0.65%、Nb:0.02-0.06%、Al:0.020-0.05%、殘余及有害元素 P ≤ 0.020%、S ≤ 0.015%、Cu ≤ 0.20%、Sn≤0.03%、Sb ≤ 0.01%,As ≤0.04%,B ≤ 0.005%,N ≤ 0.009%,O ≤ 0.0020%,H ≤ 0.0002%，其余為 Fe,同時其碳當(dāng)量必須大于1.40。該鋼采用EAF+LF+VD+CCM工藝制備，可用于半潛式鉆井平臺、單點系泊結(jié)構(gòu)和浮式制備儲油輪以及其它海洋開發(fā)設(shè)施的R4級系泊鏈，亦可用于一些要求較高的船舶錨鏈。但實踐證明該技術(shù)存在以下幾個問題:碳當(dāng)量較高，影響焊接性能；電爐制備相對于轉(zhuǎn)爐成本較高；合金成分總體設(shè)置較高，導(dǎo)致材料的組織在交貨的時候需進(jìn)行退火處理，否則材料在放置過程中出現(xiàn)組織轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生組織應(yīng)力，導(dǎo)致材料出現(xiàn)內(nèi)部裂紋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度、高韌性、低成本、耐腐蝕的R4級系泊鏈用鋼及其制備方法。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的R4級系泊鏈用鋼，其化學(xué)成分按重量百分比計為:C: 0.15 ~0.24%、S1: 0.15 ~0.30%、Mn: 1.2 ~1.60%,P ( 0.025%、S ( 0.025%,Cu ( 0.02%、Cr:0.8 ~1.3%、N1:0.70 ~1.30%、Mo:0.2 ~0.50%、Al:0.02 ~0.05%、As ≤ 0.0050%、Sb ≤ 0.0050%、Sn ≤ 0.0050%、N ≤ 0.0050%、O ≤ 0.0020%、H ≤ 0.0020%，其余為 Fe 和不可
避免的雜質(zhì)。
[0006]進(jìn)一步地，所述R4級系泊鏈用鋼的化學(xué)成分重量百分比含量根據(jù)系泊鏈用鋼的直徑不同不同分為如下兩種:
[0007]70mm ≤直徑≤ 120mm 時含量為:C:0.15 ~0.20%、S1:0.15 ~0.25%、Mn: 1.2 ~
1.40%,P ≤ 0.025%,S ≤ 0.025%,Cu ≤ 0.02%,Cr:0.8 ~1.l%、N1:0.70 ~1.10%、Mo:0.2 ~
0.50%、Al: 0.02 ~0.05%、As ≤ 0.0050%、Sb ≤ 0.0050%、Sn ≤ 0.0050%、N ≤ 0.0050%、O ≤ 0.0020%、H^0.0020% ；
[0008]120mm <直徑≤ 160mm 時含量為:C:0.20 ~0.24%、S1:0.20 ~0.30%、Mn: 1.35 ~
1.60%、P ≤ 0.025%、S ≤ 0.025%、Cu ≤ 0.02%、Cr: 1.0 ~1.3%、N1: 1.0 ~1.30%、Mo:0.2 ~0.50%、Al: 0.02 ~0.05%、As ≤ 0.0050%、Sb ≤ 0.0050%、Sn ≤ 0.0050%、N ≤ 0.0050%、0^ 0.0020%、H^0.0020%。
[0009]本發(fā)明所述R4級系泊鏈用鋼的制備方法，包括鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、吹氬、LF爐精煉、RH爐真空處理、連鑄、方坯加熱、軋制、空冷、無損探傷的步驟，其中:
[0010]鐵水脫硫時，采用噴鎂粉脫硫工藝，控制出站鐵水硫含量S ≤ 0.010%，罐內(nèi)脫硫渣要扒干凈；
[0011]轉(zhuǎn)爐冶煉時，出鋼溫度為1680~1700°C ;出鋼時間3~9min ;擋渣出鋼，出鋼1/5~1/3時，隨鋼流按照噸鋼加入16~21kg硅錳鐵、2.5~4.5kg碳化硅合金進(jìn)行脫氧，然后按照噸鋼加入18~25kg鉻鐵、10~18kg鎳鐵、4~8kg鑰鐵和2~3kg碳粉；鋼水出至3/4時加入全部合金和增碳劑；
[0012]吹氬2~5min后，按噸鋼加入3~5m的鋁線，用于進(jìn)一步脫氧；
[0013]LF爐精煉時，控制輸入氬氣壓力為0.5~0.6MPa，氬氣流量為7.0~10.0NmVmin,加熱時間10~20min，然后按噸鋼喂入5~10米S1-Ca線；大包底吹氮時間30~50min ；
[0014]方坯加熱時，控制均熱段溫度為1200~1300°C，加熱時間100~120min ；
[0015]軋制時，開軋溫度為1050~1150°C，終軋溫度950~1050°C，再上冷床空冷。
[0016]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)爐冶煉時，廢鋼裝入量占總裝入量的10~15%;轉(zhuǎn)爐采用頂-底復(fù)合吹煉，終點采用高拉補(bǔ)吹工藝；終渣堿度目標(biāo)為2.8~3.8 ;轉(zhuǎn)爐終點C控制重量百分比目標(biāo) 0.07 ~0.09%ο
[0017]進(jìn)一步地，所述RH爐真空處理時，脫氣時間控制為30~45min，并且保持真空度在60Pa以下脫氣時間大于15min ;這樣能保證充足的脫氣時間,特別是在低的真空度下,更能把有害氣體元素O、H、N降得足夠低，同時使夾雜物減少。
[0018]再進(jìn)一步地，所述連鑄時，采用大罐長水口和結(jié)晶器浸入式水口保護(hù)澆注，中包保護(hù)渣采用堿性保護(hù)渣，結(jié)晶器保護(hù)渣采用低碳鋼保護(hù)渣；中包鋼水溫度為1530~1545°C ；鑄坯拉速應(yīng)與鋼水溫度匹配，拉速控制目標(biāo)0.6~0.7m/min，鑄坯矯直溫度> 950°C，鑄坯采用自然堆垛空冷，嚴(yán)禁向鑄坯表面澆水。
[0019]利用渦流探傷機(jī)對棒材表面及內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行在線無損探傷。
[0020]本發(fā)明的R4級系泊鏈用鋼組分的限定以及其制備方法過程中各工藝參數(shù)限定的原理如下:[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明是在不降低材料綜合性能的情況下，通過優(yōu)化成分設(shè)計，降低C含量以及其他影響碳當(dāng)量的元素，從而使焊接性能提高；通過優(yōu)化成分，使總體合金成分降低，避免材料在放置過程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。制備時，嚴(yán)格控制其工藝參數(shù)，如控制終渣堿度目標(biāo)，有利于減少鋼水中夾雜物量；轉(zhuǎn)爐終點C含量控制在0.07~0.09%,能有效控制較低O含量，有利于提高合金收得率；RH爐真空處理時，保持爐內(nèi)真空度在60Pa以下脫氣時間大于15min，有利于充分脫去有害氣體，提高鋼產(chǎn)品的沖韌性和焊接性能。同時，本發(fā)明的制備過程減少退火工序，以及通過優(yōu)化制備工藝，用轉(zhuǎn)爐代替電爐，降低制備成本。本發(fā)明的制備方法工藝簡單、能耗較低、適合現(xiàn)有工業(yè)裝備水平的制備技術(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是R4級系泊鏈熱軋態(tài)顯微組織結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的R4級系泊鏈用鋼及其制備方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。[0024]實施例1
[0025]制備一種直徑為120mm的R4級系泊鏈用鋼，鋼水化學(xué)成分按重量百分含量計為:C:0.165%、S1:0.193%、Mn:1.29%、P:0.020%、S:0.015%、Cu:0.02%、Cr:0.95%、N1:0.87%、Mo:0.33%、Al:0.037%、As:0.0040%、Sb:0.0035%、Sn:0.0028%、N:0.0032%、O:0.0016%、H:0.0013% ；
[0026]其制備方法包括鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、吹氬、LF爐精煉、RH爐真空處理、連鑄、方坯加熱、軋制、空冷、無損探傷的步驟，其中:
[0027]鐵水脫硫時，采用噴鎂粉脫硫工藝，控制出站鐵水硫含量S為0.010%，罐內(nèi)脫硫渣要扒干凈；
[0028]轉(zhuǎn)爐冶煉時，廢鋼裝入量占總裝入量的10%;轉(zhuǎn)爐采用頂-底復(fù)合吹煉，終點采用高拉補(bǔ)吹工藝，點吹次數(shù)2次；終渣堿度目標(biāo)為2.88 ;轉(zhuǎn)爐終點C控制重量百分比目標(biāo)0.07% ;出鋼溫度為16950C ;出鋼時間3min ;擋渣出鋼，鋼包渣層厚度50mm ;出鋼1/4時，隨鋼流按照噸鋼加入18.5kg硅錳鐵、2.5kg碳化硅合金進(jìn)行脫氧，然后按照噸鋼加入19kg鉻鐵、11.5kg鎳鐵、4.5kg鑰鐵和2.3kg碳粉；鋼水出至3/4時加入全部合金和增碳劑；
[0029]吹氬3min后，按噸鋼加入3m的鋁線，用于進(jìn)一步脫氧；
[0030]LF爐精煉時，控制輸入氬氣壓力為0.5MPa，氬氣流量為7.0NmVmin,加熱時間lOmin，然后按噸鋼喂入5米S1-Ca線，并進(jìn)行成分微調(diào)、測溫、取樣；大包底吹氮時間35min ；
[0031]RH爐真空處理時，脫氣時間控制為45min，并且保持真空度在60Pa以下脫氣時間15min ;這樣能保證充足的脫氣時間，特別是在低的真空度下，更能把有害氣體元素O、H、N降得足夠低，同時使夾雜物減少；
[0032]連鑄時，采用大罐長水口和結(jié)晶器浸入式水口保護(hù)澆注，中包保護(hù)渣采用堿性保護(hù)渣，結(jié)晶器保護(hù)渣采用低碳鋼保護(hù)渣；中包鋼水溫度為1535°C;鑄坯拉速應(yīng)與鋼水溫度匹配，拉速控制目標(biāo)0.7m/min，鑄坯矯直溫度953°C;鑄坯冷卻采用自然堆垛空冷，嚴(yán)禁向鑄坯表面澆水；
[0033]方坯加熱時，控制均熱段溫度為1200°C，加熱時間lOOmin，不得過熱、過燒；
[0034]軋制時，開軋溫度為1050°C，終軋溫度950°C，再上冷床空冷，嚴(yán)禁對終軋后的淋水；
[0035]利用渦流探傷機(jī)對棒材表面及內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行在線無損探傷。對無缺陷的鋼材進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理(900°C水淬火，回火585°C )后,進(jìn)行性能檢測,檢測結(jié)果如表1所示:
[0036]表1
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種R4級系泊鏈用鋼，其特征在于:它的化學(xué)成分按重量百分比計為:C:0.15~0.24%,S1:0.15 ~0.30%、Mn: 1.2 ~1.60%,P ≤ 0.025%,S ≤ 0.025%,Cu ≤ 0.02%,Cr:0.8 ~1.3%、Ni:0.70 ~1.30%、Μο:0.2 ~0.50%、Α1:0.02 ~0.05%、As ≤ 0.0050%、Sb ≤ 0.0050%、Sn ≤ 0.0050%、N < 0.0050%、O < 0.0020%、H < 0.0020%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的R4級系泊鏈用鋼:其特征在于:它的化學(xué)成分重量百分比含量根據(jù)系泊鏈用鋼的直徑不同分為如下兩種:
70mm ≤直徑≤ 120mm 時含量為，C:0.15 ~0.20%、Si:0.15 ~0.25%、Mn:1.2 ~1.40%、P ≤ 0.025%,S ≤ 0.025%,Cu ≤ 0.02%,Cr:0.8 ~1.l%、N1:0.70 ~1.10%、Mo:0.2 ~0.50%、Al:0.02 ~0.05%、As ≤ 0.0050%,Sb ≤ 0.0050%,Sn ≤ 0.0050%,N ≤ 0.0050%,O ≤ 0.0020%、H ≤ 0.0020% ； 120mm < 直徑≤ 160mm 時含量為，C:0.20 ~0.24%、Si:0.20 ~0.30%、Mn:1.35 ~1.60%、P ≤ 0.025%、S ≤ 0.025%、Cu ≤ 0.02%、Cr:L O ~L 3%、N1:L O ~L 30%、Mo:0.2 ~0.50%、Al:0.02 ~0.05%、As ≤ 0.0050%、Sb ≤ 0.0050%、Sn ≤ 0.0050%、N ≤ 0.0050%、0^ 0.0020%、H^0.0020%。
3.—種R4級系泊鏈用鋼的制備方法，包括鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、吹氬、LF爐精煉、RH爐真空處理、連鑄、方坯加熱、軋制、空冷、無損探傷的步驟，其特征在于: 所述鐵水脫硫時，控制出站鐵水硫重量百分含量SS0.010% ； 所述轉(zhuǎn)爐冶煉時，出鋼溫度為1680~1700°C;出鋼時間3~9min ;出鋼1/5~1/3時，隨鋼流按照噸鋼加入16~21kg硅錳鐵、2.5~4.5kg碳化硅合金進(jìn)行脫氧，然后按照噸鋼加入18~25kg鉻鐵、10~18kg鎳鐵、4~8kg鑰鐵和2~3kg碳粉；鋼水出至3/4時加入全部合金和增碳劑； 所述吹IS 2~5min后,按噸鋼加入3~5m的招線； 所述LF爐精煉時，控制輸入氬氣壓力為0.5~0.6MPa，氬氣流量為7.0~10.0Nm3/min，加熱時間為10~20min，然后按噸鋼喂入5~10米S1-Ca線；大包底吹氬時間為30~50min ； 所述方坯加熱時，控制均熱段溫度為1200~1300°C，加熱時間100~120min ； 所述軋制時，開軋溫度為1050~1150°C，終軋溫度950~1050°C，再上冷床空冷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的R4級系泊鏈用鋼的制備方法，其特征在于:所述轉(zhuǎn)爐冶煉時，廢鋼裝入量占總裝入量的10~15% ;終渣堿度目標(biāo)為2.8~3.8 ;轉(zhuǎn)爐終點C重量百分比為 0.07 ~0.09%ο
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的R4級系泊鏈用鋼的制備方法，其特征在于:所述RH爐真空處理時，脫氣時間為30~45min，并且保持爐內(nèi)真空度在60Pa以下脫氣時間大于15min。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的R4級系泊鏈用鋼的制備方法，其特征在于:所述連鑄時，中包采用堿性保護(hù)渣，結(jié)晶器采用低碳鋼保護(hù)渣；中包鋼水溫度為1530~1545°C ;鑄坯拉速控制在0.6~0.7m/min，鑄坯矯直溫度≤950°C，鑄坯采用自然堆垛空冷。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的R4級系泊鏈用鋼的制備方法，其特征在于:所述連鑄時，中包采用堿性保護(hù)渣，結(jié)晶器采用低碳鋼保護(hù)渣；中包鋼水溫度為1530~1545°C ;鑄坯拉速控制在0.6~0.7m/min，鑄坯矯直溫度> 950°C，鑄坯采用自然堆垛空冷。
【文檔編號】C22C38/58GK103882346SQ201410139340
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】徐志東, 周新龍, 龍莉, 范植金, 吳杰, 徐志, 李婷, 張帆 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司