专利名称：水下夹桩器用合金钢及其制备方法
技术领域：
本发明涉及金属材料，尤其涉及一种水下夹桩器用合金钢及其制备方法。
背景技术：
海上石油平台是海上油气开采的重要设施，水下夹桩器是一种广泛应用于深海固定式石油平台安装的液压夹具。目前，海上石油平台安装方法是使用钢桩将石油平台固定于海底，然后用水下夹桩器初步连接钢桩和导管架。安装时，要求水下夹桩器在海下200米工作过程中夹持能力达到750-1500t，且要承受深海压力和风浪造成的冲击力，以及混凝土与夹桩器、夹桩器与钢桩之间的摩擦，因此，这种水下夹桩器本身需要具有高硬度、强耐磨性以及一定的韧性，在制备工艺中则要求其材质具有足够的淬透性，淬火变形小。所以制备水下夹桩器材质的主要技术问题是解决材质的高硬度、高耐磨性和韧性之间的合理平衡。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种水下夹桩器用合金钢及其制备方法，其合金钢的组分设计合理，并选取在合金钢共析转变温度点附近进行退火软化，使合金钢的马氏体和贝氏体的混合组织转变成索氏体组织，从而降低该合金钢的硬度，达到软化合金钢，改善合金钢切削加工性能的目的。本发明的目的是由以下技术方案实现的。本发明水下夹桩器用合金钢，其特征在于，该合金钢的重量百分比是碳(C)为
0.49 % 至 0. 55 %，硅(Si)为 0. 17 % 至 0. 23 %，锰(Mn)为 0. 38 % 至 0. 44 %，铬(Cr)为
1.57%至 1. 63%,Il (Ni)为 4. 00%至 4. 06%，钼(Mo)为 0. 28%至 0. 34%，磷(P)为小于 0.01%，硫(S)为小于0.01%，余量为铁(Fe)0本发明水下夹桩器用合金钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)按照重量百分比碳(C)为0.49%至0.55%，硅(Si)为0. 17%至0. 23 %，锰 (Mn)为 0. 38%至 0. 44%，铬(Cr)为 1. 57%至 1. 63%，镍(Ni)为 4. 00%至 4. 06%，钼(Mo) 为0.观％至0. 34%，磷(P)为小于0.01%，硫(S)为小于0.01%，余量为铁(Fe)进行配料；(2)通过中频感应炉熔炼制备合金钢；(3)将合金钢进行退火软化。前述的水下夹桩器用合金钢的制备方法，其中合金钢进行退火软化的条件是将制备好的合金钢在热处理炉中加热至640°C 士20°C，并在此温度下保温30士5小时，然后随炉冷却至200°C左右从炉中取出，空冷至室温，完成合金钢中马氏体和贝氏体的混合组织转变成索氏体组织的过程，使合金钢具有良好的切削加工性能。本发明水下夹桩器用合金钢及其制备方法的有益效果，选取在合金钢共析转变温度点附近的640°C 士20°C保温30士5小时后随炉冷却，使合金钢的马氏体和贝氏体的混合组织转变成索氏体组织，其硬度检测值<HRC26，达到软化合金钢，改良合金钢切削加工性能的目的。本发明具有工艺简单、生产便捷、软化时间短、效率高的功效。
具体实施例方式本发明水下夹桩器用合金钢，其合金钢的重量百分比是碳(C)为0.49%至 0. 55 %，硅(Si)为 0. 17 % 至 0. 23 %，锰(Mn)为 0. 38 % 至 0. 44 %，铬(Cr)为 1. 57 % 至 1.63%,Il (Ni)为 4. 00%至 4. 06%，钼(Mo)为 0. 28%至 0. 34%，磷(P)为小于 0.01%，硫 (S)为小于0.01%，余量为铁(Fe)0本发明水下夹桩器用合金钢的制备方法，其包括以下步骤(1)按照重量百分比碳(C)为0.49%至0.55%，硅(Si)为0. 17%至0. 23%，锰 (Mn)为 0. 38%至 0. 44%，铬(Cr)为 1. 57%至 1. 63%，镍(Ni)为 4. 00%至 4. 06%，钼(Mo) 为0.观％至0. 34%，磷(P)为小于0.01%，硫(S)为小于0.01%，余量为铁(Fe)进行配料；(2)通过中频感应炉熔炼制备合金钢；(3)将合金钢进行退火软化。上述水下夹桩器用合金钢的制备方法，其中合金钢进行退火软化的条件是将制备好的合金钢在热处理炉中加热至640°C 士20°C，并在此温度下保温30士5小时，然后随炉冷却至200°C左右从炉中取出，空冷至室温，完成合金钢中马氏体和贝氏体的混合组织转变成索氏体组织的过程，使合金钢具有良好的切削加工性能。实施例一(1)按照重量百分比碳(C)为0.49%，硅(Si)为0.17%，锰(Mn)为0.38%，铬 (Cr) % 1.57%,Il (Ni)为 4. 00%，钼(Mo)为 0. %，磷(P)为小于 0.01%，硫(S)为小于 0.01%，余量为铁(Fe)进行配料；(2)通过中频感应炉熔炼制备合金钢；(3)对得到的铸态合金钢试样做金相组织观察，发现其组织为贝氏体和马氏体的混合组织。(4)硬度检测值为HRC52。实施例二 (1)按照重量百分比碳(C)为0.50%，硅(Si)为0.20%，锰(Mn)为0.40%，铬 (Cr) % 1.60%,Il (Ni)为 4. 00%，钼(Mo)为 0.30%，磷(P)为小于 0.01%，硫(S)为小于 0.01%，余量为铁(Fe)进行配料；(2)通过中频感应炉熔炼制备合金钢；(3)对合金钢进行退火软化处理。退火软化条件是将合金钢在热处理炉中加热至640°C，并在此温度下保温30小时，然后随炉冷却至200°C左右，从炉中取出，空冷至室温，即完成合金钢中马氏体和贝氏体的混合组织转变成索氏体组织过程，获得良好的切削加工性能。(4)硬度检测值小于HRa6。实施例三(1)按照重量百分比碳(C)为0.55%，硅(Si)为0.23%，锰(Mn)为0.44%，铬 (Cr)为 1.63%,Il (Ni)为 4. 06%，钼(Mo)为 0. 34%，磷(P)为小于 0.01%，硫(S)为小于0.01%，余量为铁(Fe)进行配料；(2)通过中频感应炉熔炼制备合金钢；(3)对合金钢进行退火软化处理。退火软化条件是将合金钢在热处理炉中加热至650°C，并在此温度下保温35小时，然后随炉冷却至200°C左右，从炉中取出，空冷至室温，即完成合金钢中马氏体和贝氏体的混合组织转变成索氏体组织过程，获得良好的切削加工性能。(4)硬度检测值小于服以6。本发明水下夹桩器用合金钢及其制备方法通过设计合理的合金组分和退火软化工艺，从而有效降低合金钢的硬度，改善切削加工性能。一般来说，软化主要从基体和第二相两方面考虑。实现铁素体基体相的软化，需降低或消除固溶强化、细晶强化等强化因素的强化作用，主要是减少合金元素和杂质元素的原子固溶强化作用；减少位错密度；粗化晶粒，减少相界面积等。除铁素体的硬度外，碳化物形态、数量、大小、分布对退火硬度起着重要作用。钢的化学成分一定时，主要考虑的是后者。碳化物呈颗粒状分布较其呈片状分布具有更低的硬度，这是由于相同含碳量的钢，粒状珠光体具有较少的相界面，其硬度低，塑性高。合金中，当第二相以细小弥散的微粒均勻分布于基体相中，将起到显著的强化效果。当第二相粒子所占体积分数一定，粒子半径越小， 粒子数量就越多，粒子间距也就越小，强化作用越大。对于成分一定的钢，退火碳化物的体积分数是固定的，因此，主要是通过增大碳化物颗粒的平均直径，从而有效地降低硬度。在退火时，随着温度的升高，合金中各种元素的扩散能力增强，合金的组织开始发生转变。原铸态组织中马氏体内的C原子分布在体心立方的扁八面体间隙中，造成了很大的弹性畸变，而且马氏体内含有较多的位错，因此马氏体是一种亚稳组织。随加热温度的升高及保温时间的延长，马氏体分解为低碳的α相和弥散的碳化物，α相经回复和再结晶形成多边形的铁素体，碳化物则在聚集、长大过程中与母相失去共格关系，并逐渐形成粗粒状的渗碳体。由于粒状颗粒相对于板条状易于位错的滑移，从而使硬度有较大程度的降低。而铸态组织中的贝氏体是由铁素体和渗碳体组成的非层片状组织。在退火时，只需要Cle原子经过短距离的扩散，便形成最终退火后的索氏体组织，达到降低硬度的目的。退火软化工艺的设计是针对目前类似成分合金钢软化处理方法的缺陷进行的改进，现有合金钢的退火软化处理方法有两种，一种是将钢材加热到750°C至770°C保温他至 12h，然后炉冷至670°C至690°C保温60h，出炉至室温，钢材硬度可降低到HB250 270 ；这种方法软化周期长、生产效率低、能耗大、成本高、氧化烧损大。另一种是将钢材经860°C奥氏体化，保温lh，再以30°C /h的冷速冷却到640°C，等温2 后缓冷。这种方法得到的钢材球化组织不均勻、工艺复杂。因此，本发明针对上述两种退火软化存在的缺陷，选取在临界点附近的640°C 士20°C，保温30h±^!，后随炉冷却，即保证在铁素体区进行退火，避免在奥氏体区退火得到对加工性能不利的片状珠光体，可消除残留的铸态组织，使马氏体和贝氏体的混合组织转变成索氏体组织，硬度检测值< HRC26，达到软化的目的。这种方法工艺简单、生产便捷、软化时间短，而且效率高。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种水下夹桩器用合金钢，其特征在于，该合金钢的重量百分比是碳(C)为0.49% 至 0. 55%，硅(Si)为 0. 17%至 0. 23%，锰(Mn)为 0. 38%至 0.44%，铬(Cr)为 1. 57%至 1.63%,Il (Ni)为 4. 00%至 4. 06%，钼(Mo)为 0. 28%至 0. 34%，磷(P)为小于 0.01%，硫 (S)为小于0.01%，余量为铁(Fe)0
2.一种如权利要求1所述的水下夹桩器用合金钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)按照重量百分比碳(C)为0.49%至0.55%，硅(Si)为0. 17%至0. 23%，锰(Mn) 为 0. 38%至 0.44%，铬(Cr)为 1.57%至 1.63%，镍(Ni)为 4. 00%至 4. 06%，钼(Mo)为 0. 28%至0. 34%，磷(P)为小于0.01%，硫(S)为小于0. 01 %，余量为铁(Fe)进行配料；(2)通过中频感应炉熔炼制备合金钢；(3)将合金钢进行退火软化。
3.根据权利要求2所述的水下夹桩器用合金钢的制备方法，其特征在于，所述合金钢进行退火软化的条件是将制备好的合金钢在热处理炉中加热至640°C 士20°C，并在此温度下保温30士5小时，然后随炉冷却至200°C左右从炉中取出，空冷至室温，完成合金钢中马氏体和贝氏体的混合组织转变成索氏体组织的过程，使合金钢具有良好的切削加工性能。
全文摘要
一种水下夹桩器用合金钢及其制备方法，该水下夹桩器用合金钢的重量百分比是碳为0.49％至0.55％，硅为0.17％至0.23％，锰为0.38％至0.44％，铬为1.57％至1.63％，镍为4.00％至4.06％，钼为0.28％至0.34％，磷为小于0.01％，硫为小于0.01％，余量为铁(Fe)；水下夹桩器用合金钢的制备包括以下步骤(1)按照水下夹桩器用合金钢的重量百分比进行配料；(2)通过中频感应炉熔炼制备合金钢；(3)将合金钢进行退火软化；在合金钢共析转变温度点附近退火软化，使合金钢马氏体和贝氏体混合组织转变成索氏体组织，从而降低该合金钢的硬度，达到软化合金钢，改善合金钢切削加工性能的目的。
文档编号C21D1/32GK102212759SQ20111013904
公开日2011年10月12日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者于文太, 吴子全, 弓海霞, 朱绍华, 李怀亮, 李新林, 梁学先, 王立权, 王香 申请人:中国海洋石油总公司, 哈尔滨工程大学, 海洋石油工程股份有限公司