一类海洋系泊链钢及其系泊链的热处理方法技术

本发明专利技术公开的一类海洋系泊链钢，和这类海洋系泊链钢制造的系泊链的连续热处理方法，其中一类海洋系泊链钢中的奥氏体晶粒细化元素N0.006～0.024wt％，Al、Nb、Ti、V精确配合使用。该类海洋系泊链的直径为70～210mm，使用高温淬火‑回火连续热处理工艺，淬火炉炉温＞930℃，允许最高炉温1150℃，回火温度590～690℃。本发明专利技术发挥合金元素潜力，大幅度缩短生产周期，获得理想的组织、亚结构和性能，减少设备投资，追求最佳性价比。

Heat treatment method for a kind of ocean mooring chain steel and mooring chain thereof

A class of marine mooring chain steel is disclosed, and method for continuous heat treatment of this kind of marine mooring chain steel mooring chain, the austenite grain refinement elements in a class of marine mooring chain steel in N0.006 ~ 0.024wt%, Al, Nb, Ti, V with the use of accurate. The marine mooring chain diameter is 70 ~ 210mm, the use of high temperature quenching and tempering process continuous heat treatment furnace is higher than 930 DEG C, maximum temperature of 1150 degrees, the tempering temperature is 590 to 690 DEG C. The invention plays the alloy element potential, greatly shortens the production cycle, obtains the ideal microstructure, sub structure and performance, reduces equipment investment, and pursues the best performance price ratio.

【技术实现步骤摘要】
一类海洋系泊链钢及其系泊链的热处理方法
本专利技术属于低合金钢及海洋系泊链热处理领域，特别涉及一类细晶粒海洋系泊链钢的成分设计和制造工艺，尤其涉及一类海洋系泊链及其热处理的方法。
技术介绍
海洋勘探、深海采油、国防建设等均需要定位和系泊海洋浮体的系泊系统。其中主要结构是钢制系泊链。系泊链按其强度级别可以分为三级、三级半、四级、四级半、五级和六级。各级链环整体调质后的抗拉强度分别不小于690Mpa、770Mpa、860Mpa、960Mpa、1000Mpa和1110Mpa，目前国内外使用的最高级别的系泊链为五级。六级链等待试用中。申请人将这些钢和链归为一类，即一类海洋系泊链钢和一类海洋系泊链。定位用系泊长链分为有横档和无横档二种，直径约70～210mm，单支链的长度可达数公里。根据挪威船级社的标准，抗拉强度690MPa以上的海洋用钢即为超高强度钢，因此所有系泊链钢都是超高强度钢。系泊链必须具备合格的力学性能和海洋环境服役性能。而系泊链的成品热处理在获得强度的同时，必须保证其韧性，尤其是闪光焊缝区的韧性，以抵抗狂风巨浪，增强安全可靠性。系泊链通常在专用立式炉中进行连续淬火-连续回火，即连续调质热处理和交货。根据对过去20余年海洋浮体多发事故的统计，51％以上的事故与系泊链有关。甚至发生系泊链断裂导致平台倾覆的灾难性事故。为提高系泊链的力学性能和环境性能，保证海洋浮体的服役可靠性，系泊链制造的首要任务是获得高强韧性匹配。现有系泊链连续调质热处理工艺的主流是淬火-淬火-高温回火，即Q-Q-T，开发者Vicinay公司命名为DQT。中国专利申请号99116494.6公开了系泊链钢的淬火温度为930℃。美国专利申请号US2001/0024621A1公开的系泊链钢淬火温是870℃，C和晶粒细化元素的成分范围(wt％)C0.15～0.23,Al＜0.2，V＜0.2，Nb＜0.2，Ti＜0.2。跨国集团Vicinay公司发表的系泊链连续双淬火-回火(DQT)新工艺：约930℃淬火-880℃淬火-回火，其最高淬火加热温度限制在930℃左右，(LuisVicinay-MooringChainReliability，PreparedfortheFPSOResearchForumOctober26th，2005OrganizedbyTWI)。一般生产中测温仪表显示炉气温度(炉温)。见图1，其中左侧是立式连续式调质炉。中国专利申请号200810033953.2公开了系泊链的淬火炉温＜1050℃，无控制最高链温手段。中国专利申请号200910236675.5公开了系泊链连续热处理工艺：炉温加热到1000～1050℃，链运行速度(线速度)Q0.18～0.23m/min，保温120～150min，水冷,T0.14～0.18m/min,水冷，保温150～200min，水冷。中国专利申请号2013106244842公开的淬火温度≤1050℃，回火前允许经过二次淬火处理。无控制最高链温手段。晶粒细化元素的成分范围(wt％)Nb0.005～0.05，Ti0.002～0.10，REM0.010～0.025，N≤0.006。中国专利CN98110160.7规定了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℃。综上，系泊链连续热处理的已有技术为最高淬火加热温度限制在930℃以下，就一般控制奥氏体晶粒的钢材而言，为了获得稳定的强韧性，这是必要的。而立式连续热处理炉最高炉温≤1050℃和≤1050℃时的线速度及其保温时间的规定，都缺乏可行性，无实用意义。最高炉温≤1050℃时的链温不明，不能保证链温始终低于钢材的奥氏体晶粒粗化温度，如果超过奥氏体晶粒粗化温度，则不能确保链的性能，尤其是韧性合格，会增加废品率(表1)。即现有系泊链钢不能保证奥氏体晶粒粗化温度高于930℃，因此生产中必须使用低的炉气温度，限制链的最高淬火加热温度低于奥氏体晶粒粗化温度，注意了提高系泊链钢和链的奥氏体晶粒粗化温度的微合金元素的成分范围。而实际上，缺少微合金元素的合理范围和相互搭配，以及缺乏有效的坯料热加工历史，会导致加入的微合金元素不能形成理想的状态、尺寸和分布，从而非但不能提高奥氏体晶粒粗化温度，相反会降低韧性。特别是系泊链直径增加，为均匀链的温度分布，连续热处理链的线速度必须降低，而减小线速度又会降低链的入水温度，从而降低链的淬火效果和性能(表1)。申请人也检索了《ISO683热处理钢，合金钢和易切削钢》标准，与系泊链钢化学成分相近的钢号，其淬火温度均不超过860℃。上述中国专利申请号200910236675.5提供的技术大体是热处理炉的能力参数范围，而且链温不明，不能保证链温始终低于钢材的奥氏体晶粒粗化温度，如果超过奥氏体晶粒粗化温度，则不能确保韧性合格。淬火前增加120～150min的保温，按所公开的线速度参数0.18～0.23m/min，需要高度22～35m的保温区，这是不可能的。另外，一般倒U形立式连续炉最大高度仅约4m。
技术实现思路
本专利技术的目的是：以提高系泊链的可靠性为前提，精确设计控制奥氏体晶粒粗化温度的成分和工艺，将奥氏体晶粒粗化温度从现有的低于930℃提高70℃以上，实现系泊链连续热处理工艺的精确化，控制所需要的奥氏体晶粒粗化温度，发挥合金元素的潜力，缩短生产周期，获得理想的组织、亚结构和性能，减少设备投资，追求最佳性价比。本专利技术在部分现有技术，即涵盖通用的各级系泊链钢的C和合金元素成分范围的基础上，提出奥氏体晶粒粗化温度的关键是必须重视细化晶粒元素的成分及其配比，又独创了奥氏体晶粒细化元素N的含量控制为0.006～0.024wt％。为了实现上述系泊链连续淬火的高温化、链温分布的精细化，获得高性能、高效率、高性价比目的，本专利技术提供的方法包括以下步骤：电炉或转炉冶炼-炉外精炼-真空脱气-连铸，钢坯加热温度1100～1300℃，钢材终轧温度850～1050℃，获得奥氏体晶粒粗化温度1000℃以上的系泊链钢类。其中Al脱氧和控制N量都是已有技术。本专利技术中细化奥氏体晶粒的微合金元素如下：Al0.01～0.06wt％，现有技术。铝是主要脱氧元素，能够形成AlN，细化晶粒，改善链条母材及焊缝处的综合力学性能。铝不足0.01％时，作用不明显，铝超过0.06％时，铝的氧化物夹杂增多，恶化钢的冲击性能。N0.006～0.024wt％，系泊链钢N的成分设计是独创。钢中的氮是不可避免的，形成的AlN、TiN、VN、NbN，可以避免应变时效，细化晶粒和提高强度。氮有生产过程中自然形成的残余氮和受控氮。本专利技术将受控氮含量控制在0.006～0.024wt％。氮不足0.006％时，细化晶粒作用不明显，超过0.024％时缺陷增多，反而恶化钢的性能。Nb、Ti：是作为细化晶粒元素和析出强化元素而加入。本专利技术在现有技术的基础上精密控制其含量和配比，铌、钛可以单独使用或与铝联合使用。当铝、氮分别不足0.010和006wt％时，放弃用Al细化法，使用NbC等碳化物的奥氏体晶粒细化法。综上，本专利技术的一类海洋系泊链钢，细化奥氏体晶粒的微合金元素的精确配合，其中，Al0.01～0.06wt％，N0.006～0.024wt％和/或Nb0.01～0.06wt％，和/或Ti0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一类海洋系泊链钢，细化奥氏体晶粒的微合金元素的精确配合，其中，Al0.01～0.06wt％，N 0.006～0.024wt％和/或Nb 0.01～0.06wt％，和/或Ti0.001～0.2wt％，其中：当Al＜0.01wt％时,Nb0.01～0.06wt％和/或Ti0.001～0.2％wt％。

【技术特征摘要】
1.一类海洋系泊链钢，细化奥氏体晶粒的微合金元素的精确配合，其中，Al0.01～0.06wt％，N0.006～0.024wt％和/或Nb0.01～0.06wt％，和/或Ti0.001～0.2wt％，其中：当Al＜0.01wt％时,Nb0.01～0.06wt％和/或Ti0.001～0.2％wt％。2.权利要求1所述的一类海洋系泊链的连续热处理方法，其中，奥氏体晶粒粗化温度比现有技术的≤930℃高70℃及以上。3.如权利要求2所述的一类海洋系泊链的连续热处理方法，其中，一类海洋系泊链的直径为70～210mm，使用高温淬火-回火连续热处理工艺，淬火炉炉温＞930℃，最高炉温1150℃。4.如权利要求3所述的一类海洋系泊链钢的连...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷匠，
申请(专利权)人：殷匠，
类型：发明
国别省市：上海,31