一种四级系泊链用钢制造技术

一种用于制造四级海洋系泊链用钢２７ＣｒＭｎＭｏ，该钢的化学成分重量百分比为碳０．２５－０．３０，硅０．１５－０．３７，锰０．９０－１．７０，铬０．９０－１．７０，钼０．４０－０．６０，铝０．０１－０．０６，镍０．００－０．２０，铜０．００－０．２５，磷０．０００－０．０２５，硫０．０００－０．０２５，铌０．０２－０．０４，余量为铁，该钢通过控制碳含量，调整易烧损（氧化）和不易烧损（氧化）合金元素含量的比例，能在无氩气保护状态下保证链环闪光焊接的质量，链环力学性能符合英国劳氏船级社“船泊入级规范”的规定，链环焊缝区的低温（－２０℃）Ｖ型冲击功大于４０Ｊ。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高质量钢，特别涉及对制造海洋系泊链低温冲击韧性要求严格的四级系泊链用钢。海洋作业中对海洋设施用系泊链固定。由于海洋特别是深海长期连续作业恶劣的环境条件，加之海洋设施本身的大型化和集成化，对制造系泊链用钢的质量提出了更为严格的要求，其中最关键地是保证系泊链环焊缝的低温冲击韧性。国内外在研制四级系泊链钢方面取得了一定成功，较常使用的四级系泊链用钢有以下几种(重量％)*(Nb+Ti+V)＜0.10％四级系泊链(环)的制造工序是钢材下料、热弯、闪光焊、调质处理、修磨五大工序。由于四级系泊链(环)用钢的直径大(一般为76mm-125mm)，对链环闪光焊接的技术难度增大，要求更为严格。国际著名并公认的LR(英国)船级社规定对四级系泊链，经调质处理(回火温度不低于570℃)，环背的(-20℃)V型冲击功≥50J，焊缝的(-20℃)V型冲击功≥36J。目前系泊链环的闪光焊接都是在没有氩气保护的(常压裸露)状态下完成的。经反复测试，在没有氩气保护条件下焊接的链环经调质处理，用国外四个钢号制造的系泊链焊缝区的低温(-20℃)V型冲击功达不到36J的要求(最低时为5-10J)；用国内的25Mn2CrMo钢制造的系泊链，当钢材的碳含量小于0.25％时，链环焊缝区的低温(-20℃)V型冲击功也同样达不到36J的要求(最低时也只有5-10％)，由于钢在常压裸露状态下闪光焊接的特定条件，钢中合金元素氧化烧损不可避免，从闪光焊接工艺技术上采取措施，不能从根本上解决问题。本专利技术对无氩气保护闪光焊接焊缝低温冲击韧性下降的问题进行研究之后发现，焊缝区域元素的烧损十分严重，其中易氧化元素C、Ti、V的烧损率在40％左右，其次是Si、Mn元素的烧损率约10-15％，Cr、Mo元素的烧损率约6％，Ni、Nb元素的烧损率不到1％。焊缝区域元素的烧损造成下列两点影响①C、Mn、Si、Cr、Mo的烧损，降低了焊缝区的淬透能力，按照已测定的烧损率计算，焊缝区的淬透能力较环背钢的淬透能力低40％。②当四级系泊链用钢不含Nb只含Ti或V时，由于Ti、V的严重烧损，提高了焊缝的过热敏感性。由于焊缝区域较环背钢区域的淬透能力低，过热敏感性高；链环在焊接之后进行调质处理时，得不到理想的淬火组织，多数情况下甚至得到对低温冲击韧性最为不利的上贝氏体组织。这种组织对应的低温冲击韧性通常只有5-10J，冲击断口的宏观特征为结晶状，显微特征是穿晶解理断裂。另外，由于Ti、V的烧损造成焊缝区晶粒十分粗大，当钢中五害元素及S含量较高时，极容易得到萘状或石状断口，对应这种断裂特征，链环焊缝的低温冲击韧性也是十分低劣的。为了进一步了解现有技术特别是已申请中国专利98110160.7的技术情况，我们做了以下四个实验实验125Mn2CrMo (Φ100mm棒材)重量％链环机械性能焊缝拉伸断口具有明显的过热小平面特征，焊缝冲击断口呈明显的结晶状，金相组织为上贝氏体特征。焊缝低温冲击韧性值不合格。该实验钢中S与As元素含量较高，没有阻止晶粒粗化的Nb，因此焊缝拉伸断口呈现过热特征。这种过热倾向只表现在拉伸断口而不表现在冲击断口，表明该实验中C含量偏低(C＝0.21％)，经焊接烧损，焊缝区域淬透能力下降，得不到理想的淬火金相组织，是焊缝低温冲击韧性不合格的主要原因。实验2 25Mn2CrMo (Φ76mm棒材) 重量％链环机械性能焊缝拉伸断口具有明显的萘状过热特征，焊缝冲击断口为结晶状，金相组织具有上贝氏体特征。焊缝低温冲击韧性值不合格。该实验钢中S及有害元素含量很低，所以其过热敏感表现为萘状断口特征，而不是过热小平面。这种明显的过热敏感特征证明易烧损的Ti对降低焊缝区的过热敏感不起作用。但是，过热断口只表现在拉伸试样而不表现在冲击断口试样，表明C含量偏低(C＝0。22％)，焊缝淬透能力下降，得不到理想的淬火金相组织，是焊缝低温冲击韧性不合格的主要原因。实验3 25Mn2CrMo(Φ76mm棒材)重量％ 链环机械性能该实验钢中含S、Pb、As、Sb、Sn含量均低，含V高(V＝0.10％)，含C量低(C＝0.21％)，焊口的拉仲断口特征、焊缝的冲击断口特征以及焊缝的低温冲击韧性都与实验2相同。因此，该实验除证明钢中C含量低是焊缝低温冲击韧性低劣的原因外，还证明易烧损的V元素对降低焊口的过热敏感作用很小。实验4 25Mn2CrMo (Φ76mm棒材) 重量％链环机械性能焊缝拉伸断口与冲击断口均没有明显的过热特征，但冲击断口表现为结晶状，金相组织为上贝氏体特征，焊缝的低温冲击韧性低劣。该实验同前三个实验一样，证明钢中C含量低是焊口低温冲击韧性不合格的主要原因。除此以外，还证明Nb对降低焊口过热敏感有明显作用。本专利技术的目的是要提供一种在没有氩气保护状态下实施链环的闪光焊接，能稳定地得到对链环要求的各项性能指标，特别是焊缝区的低温V型冲击功≥36J的四级系泊链用钢。本专利技术提供了一种四级系泊链用钢27CrMnMo。该钢号的化学成份重量百分比为碳0.25-0.30，硅0.15-0.37，锰0.90-1.70，铬0.90-1.70，钼0.40-0.60，铝0.01-0.06，镍0.00-0.20，铜0.00-0.25，磷0.000-0.025，硫0.000-0.025，铌0.02-0.04，余量为铁。为了有效地阻止因钢中合金元素的烧损(氧化)导致焊缝区淬透能力的降低(低于环背值可达40％)，27CrMnMo钢可按Mn+Cr＝2.5-2.7(重量％)的要求控制钢中锰和铬的含量，并加入铌，而不用钒、钛合金元素，降低焊缝的过热敏感性能。本专利技术提供的27CrMnMo钢按合金钢的常规工艺生产。钢在冶炼、热加工及热处理各工序无另增加的特殊措施。钢的各项技术指标，符合英国劳氏船级社1998年1月提出的“船泊入级规范”的要求。(该“规范”为世界公认并采用)。应用本专利技术提供的27CrMnMo钢制造海洋系泊链环，按照四级系泊链环制作工序的各项技术规定操作，无须对闪光焊接设备及焊接工艺提出新的技术要求，完全可以在没有氩气保护的(常压裸露)状态下，有效地实施链环的闪光焊接，能保证焊缝区域具有足够的淬透能力和低的过热敏感性，焊口(缝)具有较高的低温冲击韧性，链环焊缝区的低温(-20℃)V型冲击功大于40J。本专利技术较满意地解决了前述的技术难题，本专利技术提供的27CrMnMo四级系泊链用钢，通过控制碳含量，调整易烧损(氧化)合金元素与不易烧损(氧化)合金元素含量的比例，钢的综合性能符合标准，应用它制造四级系泊链，链环在没有氩气保护条件下实施闪光焊接，焊缝质量可以保证，符合英国劳氏船级社1998年1月提出的“船泊入级规范”对链环力学性能的规定，链环焊缝区的低温(-20℃)V型冲击功大于40J。以下结合实施例对本专利技术作进一步描述实施例如下以下实施例1-3，链环的制造均采用下料、热弯环、闪光焊接(无氩气保护)、链环整体调质处理(930℃140分水淬，620-650℃160分水冷)。解剖链环按英国劳氏船级社规定标准取样，测试环背与焊缝的机械性能。环背及焊口均在-20℃条件下作V型冲击，测冲击功AK值(J)。实施例1 27Mn2CrMo (Φ76mm棒材)重量％ 链环机械性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四级系泊链用钢２７ＣｒＭｎＭｏ，其特征是该钢的化学成份重量百分比为：碳０．２５－０．３０，硅０．１５－０．３７，锰０．９０－１．７０，铬０．９０－１．７０，钼０．４０－０．６０，铝０．０１－０．０６，镍０．００－０．２０，铜０．００－０．２５，磷０．０００－０．０２５，硫０．０００－０．０２５，铌０．０２－０．０４，余量为铁。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：常曙光，朱林放，刘启东，范植金，邹辉，邹建国，李德胜，陈庆丰，
申请(专利权)人：冶钢集团有限公司，
类型：发明
国别省市：42[中国|湖北]