專利名稱：一種四級系泊鏈用鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高質(zhì)量鋼，特別涉及對制造海洋系泊鏈低溫沖擊韌性要求嚴(yán)格的四級系泊鏈用鋼。
海洋作業(yè)中對海洋設(shè)施用系泊鏈固定。由于海洋特別是深海長期連續(xù)作業(yè)惡劣的環(huán)境條件，加之海洋設(shè)施本身的大型化和集成化，對制造系泊鏈用鋼的質(zhì)量提出了更為嚴(yán)格的要求，其中最關(guān)鍵地是保證系泊鏈環(huán)焊縫的低溫沖擊韌性。
國內(nèi)外在研制四級系泊鏈鋼方面取得了一定成功，較常使用的四級系泊鏈用鋼有以下幾種(重量％)
*(Nb+Ti+V)＜0.10％
四級系泊鏈(環(huán))的制造工序是鋼材下料、熱彎、閃光焊、調(diào)質(zhì)處理、修磨五大工序。由于四級系泊鏈(環(huán))用鋼的直徑大(一般為76mm-125mm)，對鏈環(huán)閃光焊接的技術(shù)難度增大，要求更為嚴(yán)格。國際著名并公認(rèn)的LR(英國)船級社規(guī)定對四級系泊鏈，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理(回火溫度不低于570℃)，環(huán)背的(-20℃)V型沖擊功≥50J，焊縫的(-20℃)V型沖擊功≥36J。
目前系泊鏈環(huán)的閃光焊接都是在沒有氬氣保護(hù)的(常壓裸露)狀態(tài)下完成的。經(jīng)反復(fù)測試，在沒有氬氣保護(hù)條件下焊接的鏈環(huán)經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，用國外四個鋼號制造的系泊鏈焊縫區(qū)的低溫(-20℃)V型沖擊功達(dá)不到36J的要求(最低時為5-10J)；用國內(nèi)的25Mn2CrMo鋼制造的系泊鏈，當(dāng)鋼材的碳含量小于0.25％時，鏈環(huán)焊縫區(qū)的低溫(-20℃)V型沖擊功也同樣達(dá)不到36J的要求(最低時也只有5-10％)，由于鋼在常壓裸露狀態(tài)下閃光焊接的特定條件，鋼中合金元素氧化燒損不可避免，從閃光焊接工藝技術(shù)上采取措施，不能從根本上解決問題。本發(fā)明對無氬氣保護(hù)閃光焊接焊縫低溫沖擊韌性下降的問題進(jìn)行研究之后發(fā)現(xiàn)，焊縫區(qū)域元素的燒損十分嚴(yán)重，其中易氧化元素C、Ti、V的燒損率在40％左右，其次是Si、Mn元素的燒損率約10-15％，Cr、Mo元素的燒損率約6％，Ni、Nb元素的燒損率不到1％。焊縫區(qū)域元素的燒損造成下列兩點(diǎn)影響
①C、Mn、Si、Cr、Mo的燒損，降低了焊縫區(qū)的淬透能力，按照已測定的燒損率計算，焊縫區(qū)的淬透能力較環(huán)背鋼的淬透能力低40％。
②當(dāng)四級系泊鏈用鋼不含Nb只含Ti或V時，由于Ti、V的嚴(yán)重?zé)龘p，提高了焊縫的過熱敏感性。
由于焊縫區(qū)域較環(huán)背鋼區(qū)域的淬透能力低，過熱敏感性高；鏈環(huán)在焊接之后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理時，得不到理想的淬火組織，多數(shù)情況下甚至得到對低溫沖擊韌性最為不利的上貝氏體組織。這種組織對應(yīng)的低溫沖擊韌性通常只有5-10J，沖擊斷口的宏觀特征為結(jié)晶狀，顯微特征是穿晶解理斷裂。另外，由于Ti、V的燒損造成焊縫區(qū)晶粒十分粗大，當(dāng)鋼中五害元素及S含量較高時，極容易得到萘狀或石狀斷口，對應(yīng)這種斷裂特征，鏈環(huán)焊縫的低溫沖擊韌性也是十分低劣的。為了進(jìn)一步了解現(xiàn)有技術(shù)特別是已申請中國專利98110160.7的技術(shù)情況，我們做了以下四個實(shí)驗
實(shí)驗125Mn2CrMo (Φ100mm棒材)重量％
鏈環(huán)機(jī)械性能
焊縫拉伸斷口具有明顯的過熱小平面特征，焊縫沖擊斷口呈明顯的結(jié)晶狀，金相組織為上貝氏體特征。焊縫低溫沖擊韌性值不合格。該實(shí)驗鋼中S與As元素含量較高，沒有阻止晶粒粗化的Nb，因此焊縫拉伸斷口呈現(xiàn)過熱特征。這種過熱傾向只表現(xiàn)在拉伸斷口而不表現(xiàn)在沖擊斷口，表明該實(shí)驗中C含量偏低(C＝0.21％)，經(jīng)焊接燒損，焊縫區(qū)域淬透能力下降，得不到理想的淬火金相組織，是焊縫低溫沖擊韌性不合格的主要原因。
實(shí)驗2 25Mn2CrMo (Φ76mm棒材) 重量％
鏈環(huán)機(jī)械性能
焊縫拉伸斷口具有明顯的萘狀過熱特征，焊縫沖擊斷口為結(jié)晶狀，金相組織具有上貝氏體特征。焊縫低溫沖擊韌性值不合格。該實(shí)驗鋼中S及有害元素含量很低，所以其過熱敏感表現(xiàn)為萘狀斷口特征，而不是過熱小平面。這種明顯的過熱敏感特征證明易燒損的Ti對降低焊縫區(qū)的過熱敏感不起作用。但是，過熱斷口只表現(xiàn)在拉伸試樣而不表現(xiàn)在沖擊斷口試樣，表明C含量偏低(C＝0。22％)，焊縫淬透能力下降，得不到理想的淬火金相組織，是焊縫低溫沖擊韌性不合格的主要原因。
實(shí)驗3 25Mn2CrMo(Φ76mm棒材)重量％
鏈環(huán)機(jī)械性能
該實(shí)驗鋼中含S、Pb、As、Sb、Sn含量均低，含V高(V＝0.10％)，含C量低(C＝0.21％)，焊口的拉仲斷口特征、焊縫的沖擊斷口特征以及焊縫的低溫沖擊韌性都與實(shí)驗2相同。因此，該實(shí)驗除證明鋼中C含量低是焊縫低溫沖擊韌性低劣的原因外，還證明易燒損的V元素對降低焊口的過熱敏感作用很小。
實(shí)驗4 25Mn2CrMo (Φ76mm棒材) 重量％
鏈環(huán)機(jī)械性能
焊縫拉伸斷口與沖擊斷口均沒有明顯的過熱特征，但沖擊斷口表現(xiàn)為結(jié)晶狀，金相組織為上貝氏體特征，焊縫的低溫沖擊韌性低劣。該實(shí)驗同前三個實(shí)驗一樣，證明鋼中C含量低是焊口低溫沖擊韌性不合格的主要原因。除此以外，還證明Nb對降低焊口過熱敏感有明顯作用。
本發(fā)明的目的是要提供一種在沒有氬氣保護(hù)狀態(tài)下實(shí)施鏈環(huán)的閃光焊接，能穩(wěn)定地得到對鏈環(huán)要求的各項性能指標(biāo)，特別是焊縫區(qū)的低溫V型沖擊功≥36J的四級系泊鏈用鋼。
本發(fā)明提供了一種四級系泊鏈用鋼27CrMnMo。該鋼號的化學(xué)成份重量百分比為碳0.25-0.30，硅0.15-0.37，錳0.90-1.70，鉻0.90-1.70，鉬0.40-0.60，鋁0.01-0.06，鎳0.00-0.20，銅0.00-0.25，磷0.000-0.025，硫0.000-0.025，鈮0.02-0.04，余量為鐵。
為了有效地阻止因鋼中合金元素的燒損(氧化)導(dǎo)致焊縫區(qū)淬透能力的降低(低于環(huán)背值可達(dá)40％)，27CrMnMo鋼可按Mn+Cr＝2.5-2.7(重量％)的要求控制鋼中錳和鉻的含量，并加入鈮，而不用釩、鈦合金元素，降低焊縫的過熱敏感性能。
本發(fā)明提供的27CrMnMo鋼按合金鋼的常規(guī)工藝生產(chǎn)。鋼在冶煉、熱加工及熱處理各工序無另增加的特殊措施。鋼的各項技術(shù)指標(biāo)，符合英國勞氏船級社1998年1月提出的“船泊入級規(guī)范”的要求。(該“規(guī)范”為世界公認(rèn)并采用)。
應(yīng)用本發(fā)明提供的27CrMnMo鋼制造海洋系泊鏈環(huán)，按照四級系泊鏈環(huán)制作工序的各項技術(shù)規(guī)定操作，無須對閃光焊接設(shè)備及焊接工藝提出新的技術(shù)要求，完全可以在沒有氬氣保護(hù)的(常壓裸露)狀態(tài)下，有效地實(shí)施鏈環(huán)的閃光焊接，能保證焊縫區(qū)域具有足夠的淬透能力和低的過熱敏感性，焊口(縫)具有較高的低溫沖擊韌性，鏈環(huán)焊縫區(qū)的低溫(-20℃)V型沖擊功大于40J。
本發(fā)明較滿意地解決了前述的技術(shù)難題，本發(fā)明提供的27CrMnMo四級系泊鏈用鋼，通過控制碳含量，調(diào)整易燒損(氧化)合金元素與不易燒損(氧化)合金元素含量的比例，鋼的綜合性能符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用它制造四級系泊鏈，鏈環(huán)在沒有氬氣保護(hù)條件下實(shí)施閃光焊接，焊縫質(zhì)量可以保證，符合英國勞氏船級社1998年1月提出的“船泊入級規(guī)范”對鏈環(huán)力學(xué)性能的規(guī)定，鏈環(huán)焊縫區(qū)的低溫(-20℃)V型沖擊功大于40J。
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述
實(shí)施例如下以下實(shí)施例1-3，鏈環(huán)的制造均采用下料、熱彎環(huán)、閃光焊接(無氬氣保護(hù))、鏈環(huán)整體調(diào)質(zhì)處理(930℃140分水淬，620-650℃160分水冷)。解剖鏈環(huán)按英國勞氏船級社規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)取樣，測試環(huán)背與焊縫的機(jī)械性能。環(huán)背及焊口均在-20℃條件下作V型沖擊，測沖擊功AK值(J)。
實(shí)施例1 27Mn2CrMo (Φ76mm棒材)重量％
鏈環(huán)機(jī)械性能
焊口的拉伸斷口為纖維狀，焊縫的沖擊斷口以纖維狀為主，少量結(jié)晶狀。焊縫低溫沖擊功AK值達(dá)到較高水平，這表明鋼中的C提高了焊縫區(qū)域的淬透能力。金相組織中的上貝氏體組織特征不明顯。鋼中的Nb降低了焊口的過熱敏感，因此焊縫的低溫沖擊韌性明顯上升。
實(shí)施例2 27Mn2CrMo (Φ76mm棒材)重量％
鏈環(huán)機(jī)械性能
焊口的拉伸斷口和沖擊斷口均以纖維狀為特征，焊縫低溫沖擊功較高。同實(shí)施例1一樣，證明提高鋼的C含量，加入少量Nb，盡量減少鋼中的S、Sn、Sb、Pb、As等有害元素的含量，是提高焊縫低溫沖擊韌性的重要途徑。
實(shí)施例3 27Mn2CrMo (Φ76mm棒材) 重量％
鏈環(huán)機(jī)械性能
焊口拉伸斷口與焊縫沖擊斷口均為纖維狀特征，焊縫低溫沖擊韌性有較高水平，這表明除提高鋼的C含量以外，降低易燒損的Mn，提高不易燒損的Cr、Ni、Mo元素含量，對減輕焊縫淬透能力的喪失、提高焊縫的低溫沖擊韌性更為有利。
權(quán)利要求
1.一種四級系泊鏈用鋼27CrMnMo，其特征是該鋼的化學(xué)成份重量百分比為碳0.25-0.30，硅0.15-0.37，錳0.90-1.70，鉻0.90-1.70，鉬0.40-0.60，鋁0.01-0.06，鎳0.00-0.20，銅0.00-0.25，磷0.000-0.025，硫0.000-0.025，鈮0.02-0.04，余量為鐵。
2.按照權(quán)利要求1所述的四級系泊鏈用鋼27CrMnMo，其特征是Mn％+Cr％＝2.5％-2.7％。
全文摘要
一種用于制造四級海洋系泊鏈用鋼27CrMnMo,該鋼的化學(xué)成分重量百分比為碳0.25—0.30,硅0.15—0.37,錳0.90—1.70,鉻0.90—1.70,鉬0.40—0.60,鋁0.01—0.06,鎳0.00—0.20,銅0.00—0.25,磷0.000—0.025,硫0.000—0.025,鈮0.02—0.04,余量為鐵,該鋼通過控制碳含量,調(diào)整易燒損(氧化)和不易燒損(氧化)合金元素含量的比例,能在無氬氣保護(hù)狀態(tài)下保證鏈環(huán)閃光焊接的質(zhì)量,鏈環(huán)力學(xué)性能符合英國勞氏船級社“船泊入級規(guī)范”的規(guī)定,鏈環(huán)焊縫區(qū)的低溫(－20℃)V型沖擊功大于40J。
文檔編號C22C38/58GK1275631SQ9911649
公開日2000年12月6日 申請日期1999年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月27日
發(fā)明者常曙光, 朱林放, 劉啟東, 范植金, 鄒輝, 鄒建國, 李德勝, 陳慶豐 申請人:冶鋼集團(tuán)有限公司