CN1124360C - 一种钢用于制备锚链的用途 - Google Patents

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Abstract

一种链钢，适合于生产直径最大约160mm的棒材，例如，用于制造重型锚链，以重量百分比表示包括：C 0.15-0.23，Si 0.10-0.40，Mn 1.00-1.50，P 最多0.025，S 最多0.025，Cr 1.50-2.20，Ni 0.80-1.50，Mo 0.30-0.60，Cu 最多0.30，Al ＜0.2，V ＜0.2，Nb ＜0.2，Ti ＜0.2，由铁配平。

Description

一种钢用于制备锚链的用途
本发明涉及一种钢，更特别是一种链钢(chaim type steel)，适于生产直径最大约160mm棒材产品，例如，用于制造重型锚链。
多年来，申请人为制造主要用于锚定石油平台的重型锚链提供棒材。交付的棒材尺寸的直径最大到155mm。对于粗大尺寸，已使用了一种碳含量很低的钢，但它对熔炼设备提出很高要求，造成了钢厂许多难题。用于小尺寸锚链的钢种为低合金钢，不具备棒材直径约130mm以上的大尺寸锚链所需的机械性能。
因此需要一种用于制造重型锚链的改进的钢，它在钢厂中具有更优的性能。
例如在GB2 110 239A中，公开了一种具有如下以重量百分比(wt％)表示的组成的用于生产锚链的钢：C 0.03-0.07；Si 0.10-1；Mn1.2-2.5；Cr 1.8-3；Ni 1.5-3；Mo≤0.5；Nb、V、Ti总量0-0.10。这种钢据称有至少600MPa的屈服点，在室温有至少900MPa的断裂极限以及在-20℃时有至少40焦耳的冲击韧性。对于海洋中石油钻探平台的锚链钢的限制甚至更加严格，因而需要一种具有改进性能的钢。
经由JP-61276956，以前就为人所知了能够经加工获得回火马氏体组织的含铬和镍的低合金铰链钢。以重量百分比表示，这种钢包括：C 0.20-0.30；Si 0.10-0.30；Mn 0.70-1.70；Cr 0.40-0.70；Ni0.75-2.00；Al 0.01-0.05；P≤0.03；S≤0.030。这种钢在淬火或通过渗碳手段表面硬化后回火，以便使显微组织回火成马氏体。在碳含量范围较高的区域，可焊性和韧性同时变坏，并且有淬火裂纹的危险。不含Mo意味着有回火脆性的危险。Ni很明显是用于弥补低的铬含量，这会使这种钢变得很昂贵。
经由JP-52006847B，以前就为人所知了由钢棒制备的高强度低合金钢链，该钢棒以重量百分数表示包含：C 0.1-0.2；Si 0.1-0.5；Mn1.0-1.6；Cu 0.1-0.5；Ni 0.5-1.5；Cr 0.30-1.0；Mo 0.2-0.8；P＜0.03；S＞0.015，和可溶于酸的Al 0.02-0.1。初始的钢棒有高的拉伸强度，改善了的可焊性和优良的可加工性，而且生产出的钢链在550-680℃回火。低的Cr和低的C含量都影响了淬透性，这对大尺寸的锚链是有害的。
本发明的目的是提供一种机械性能得以改善和在钢厂中其行为得以改善的钢。
采用本发明的钢达到该目的，用重量百分数表示该钢包括：
C     0.15-0.23
Si    0.10-0.40
Mn    1.00-1.50
P     最多0.025
S     最多0.025
Cr    1.50-2.20
Ni    0.80-1.50
Mo    0.30-0.60
Cu    最多0.30
Al    ＜0.2
V     ＜0.2
Nb    ＜0.2
Ti    ＜0.2
由铁配平。
根据本发明的钢的实施方案在子权利要求中要求了权利保护。
图1显示了实验室熔炼的样品材料的硬度与回火温度的关系图。
图2显示了所说的实验室熔炼的样品材料淬火后以及未回火的样品的硬度与表面以下深度的关系图。
图3显示了所说的实验室熔炼的样品材料淬火后以及回火了的样品的硬度与表面以下深度的关系图。
图4显示了所说的实验室熔炼的样品材料的末端淬透性图。
图5显示了全尺寸熔炼的材料的末端淬透性图。
根据本发明的钢号是用于制备具有直径最大约160mm的所谓K4铰链并对熔炼设备无侵蚀，以及该钢可获得质量非常好的铰链成品。
作为试验，通过实验室熔炼制备钢锭尺寸为225×225mm的样品材料。相应的钢锭锻成直径140mm的棒材。这得到的压缩比大约为3，它对于正常生产是不够的。这意味着正常生产的结果会显著好于以下说明书中讨论的试验结果。
生产了两种不同成分的试验样品，分别是MnCrNiMo变种和MnCrNiMoV。
根据本发明的钢，经过淬透后，表面硬度和中心硬度有非常小的差异。
在表I中给出了两种不同钢样品的分析结果。
表I
变型   C  Si  Mn  P  S  Cr  Ni  Mo  Cu  V  Al
 MnCrNiMoNo.129  0.20  0.30  1.26  0.008  0.004  1.80  1.25  0.45  0.19  0.022
 MnCrNiMoVNo.131  0.19  0.24  1.10  0.007  0.003  1.78  1.20  0.33  0.18  0.10  0.024
根据以下所述分析这两种钢样品。1回火
图1显示了回火1小时后硬度和回火温度的关系。相应熔炼物的淬火温度对于熔炼物No.129是850℃和对于熔炼物No.131是890℃。样品尺寸为25×25×25mm。
从图1可以看出，熔炼物No.129展示了一条无间断点的平曲线，这使得它在回火温度变动区内对温度变化不敏感。对于熔炼物No.131，钒导致了在630℃以下有强的抗回火特性，但是在更高温度得到一个对温度变化有强敏感性的陡峭曲线。2淬透
图2显示了直径140mm的未回火的淬火样品的硬度随表面以下深度的变化，而图3显示了熔炼物No.129在615℃以及熔炼物No.131在645℃回火后的硬度。
熔炼物No.129的淬火温度是850℃，熔炼物No.131是890℃，都是水淬。
正如图中所证实的，对回火或未回火的样品熔炼物No.129都显示了最好的淬透结果。表面与中心的硬度差很小。3末端淬火
图4显示了末端淬火试验的结果。奥氏体化温度与根据以上第2项的淬透试验的温度相同。
末端淬火温度试验结果与根据第2项的淬透结果非常吻合。熔炼物No.129有最好的淬透性。4机械性能
下表II显示了直径140mm的棒材样品的淬火并回火后的机械性能。根据正常的铰链材料试验的惯例进行取样和热处理。在淬透性试验和回火试验中显示了最好结果的熔炼物No.129经过了三次不同回火温度的检查。表II
                                             机械性能
熔炼物   淬火温度℃   回火温度℃   RelMPa     RmMPa     A5％     Z％             KV，J
 -40℃   -20℃    ±0℃
    129     850     615   822     917     17     63    83     134     138
    590   857     937     16     72    89     101     142
    570   923     992     15     67    108     102     123
    131     890     645   896     963     17     64    99     122     126
           根据DNV的要求   580     860     12     50     50     70
这两种熔炼物显示了很相似的结果。根据NDV(Net NorskeVeritas)K4铰链所允许的最低回火温度是570℃。正如表II所证实的，该项要求不会造成任何问题，但同时不允许合金元素的任何实质减少。
在-20℃的冲击韧性接近于NDV的要求，但是对熔炼物样品的面积收缩率仅为3，而生产中铸件将会有约12的面积收缩率，因而该性能会有显著提高。5根据NDV认可的全尺寸产品熔炼物准则的试验
对Φ160mm棒材产品的炉料分析：
   C   Si   Mn   P   S   Cr   Ni   Mo   Cu
  0.19   0.26   1.19   0.008   0.009   1.75   1.18   0.44   0.14
  Al   Sn   Sb(ppm)   As   B(ppm)   O(ppm)   N(ppm)
  0.015   0.007   2   0.008   ≤1   9.8   72
热处理敏感性分析变化的奥氏体化温度奥氏体化30分钟，水冷淬火回火610℃，60分钟，回火后水冷
  样品编号   奥氏体化温度℃   ReIMPa   RmMPa   A5％   Z％   KV-20℃J
  1   840   890   958   18   70   超过147*
  2   870   879   957   17   71   超过147*
  3   910   879   957   18   72   超过147*
*试验设备的最大载荷热处理敏感性分析变化的回火温度奥氏体化870℃，30分钟，水冷淬火回火60分钟，回火后水冷
样品编号 回火温度℃  ReIMPa  RmMPa  A5％  Z％ KV-20℃J
 6  570  991  1057  16  67 超过147*
 7  590  925  999  17  69 超过147*
 2  610  879  957  17  71 超过147*
 8  630  838  914  20  72 超过147*
 9  650  782  858  21  73 超过147*
*试验设备的最大载荷热处理敏感性分析变化的回火时间奥氏体化870℃，30分钟，水冷淬火回火610℃，回火后水冷
样品编号 回火时间，分钟  ReIMPa  RmMPa  A5％  Z％ KV-20℃J
4  30  890  958  18  70 超过147*
2  60  879  957  17  71 超过147*
5  90  869  941  18  74 超过147*
*试验设备的最大载荷回火脆性试验变化的回火后冷却速率奥氏体化870℃，30分钟，淬火后水冷回火610℃，60分钟
样品编号 回火后冷却 KV-0℃J KV-20℃J KV-40℃J
 2 水 147* 147* 147*
 2L 到300℃＞40分钟 147* 147* 147*
*试验设备的最大载荷
收缩程度大约是12倍，该事实解释了与实验室试验材料相比性能上的显著的不同，实验室试验材料仅有大约为3倍的收缩程度，但与现有技术相比较仍有改进。

Claims (5)

1.具有以下成分的钢用于生产重型锚链的用途，所述钢经淬火和回火，并以重量百分比表示包括：
C    0.15-0.23
Si   0.10-0.40
Mn   1.00-1.50
P    最多0.025
S    最多0.025
Cr   1.50-2.20
Ni   0.80-1.50
Mo   0.30-0.60
Cu   最多0.30
Al   ＜0.2
V    ＜0.2
Nb   ＜0.2
Ti   ＜0.2
由铁配平。
2.根据权利要求1的用途，所述钢以重量百分数表示包括：
C     0.19-0.21
Si    0.20-0.30
Mn    1.15-1.25
P     最多0.015
S     最多0.020
Cr    1.65-1.75
Ni    1.15-1.25
Mo    0.42-0.48
Cu    最多0.25
Al    ＜0.2
V     ＜0.2
Nb    ＜0.2
Ti    ＜0.2
由铁配平。
3.根据权利要求2的用途，所述钢以重量百分数表示包括：
C     0.18-0.20
Si    0.20-0.30
Mn    1.15-1.25
P     最多0.015
S     最多0.020
Cr    1.65-1.75
Ni    1.15-1.25
Mo    0.30-0.36
Cu    最多0.25
V     0.10-0.14
Al    ＜0.2
V     ＜0.2
Nb    ＜0.2
Ti    ＜0.2
由铁配平。
4.根据权利要求2的用途，其中，所述钢在850℃淬火并在615℃回火。
5.根据权利要求3的用途，其中，所述钢在890℃淬火并在630℃以上回火。
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