R4级系泊链用钢及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种R4级系泊链用钢及其制备方法。该钢的化学成分按重量百分比计为：C:0.15～0.24%、Si:0.15～0.30%、Mn:1.2～1.60%、P≤0.025%、S≤0.025%、Cu≤0.02%、Cr:0.8～1.3%、Ni:0.70～1.30%、Mo:0.2～0.50%、Al:0.02～0.05%、As≤0.0050%、Sb≤0.0050%、Sn≤0.0050%、N≤0.0050%、O≤0.0020%、H≤0.0020%，其余为Fe和不可避免的杂质。其制备方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、LF炉精炼、RH炉真空处理、连铸、方坯加热、轧制、空冷、无损探伤的步骤。该钢具有高强度、高韧性、低成本、耐腐蚀的优点。
【专利说明】R4级系泊链用钢及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于低合金钢【技术领域】，具体是指一种R4级系泊链用钢及其制备方法。
【背景技术】
[0002]系泊链产品主要用于海洋石油开采用浮式制备系统、半潜式钻井平台、单点系泊结构和浮式制备储油轮以及其它海洋开发设施，近年来，随着海洋资源开放的深入发展，尤其是海洋采油，海洋勘探、国防建设等海洋设施需要使用大量的系泊链，由于海洋尤其是深海恶劣的作业环境和海洋设施的大型化，对系泊链用钢的综合性能提出了更为苛刻的要求，不仅要求强度高，韧性好，重量轻，还要求耐海水腐蚀、抗疲劳、耐磨损以及优良的焊接性能和较好的焊口低温冲击韧性。在系泊链的制链工艺过程中，棒材要经闪光焊接后，制成上千米长的链条，整条链条再经淬火+回火的调质热处理。大型链条在其表面和焊缝处极易产生淬火和回火裂纹缺陷，一旦产生这样的缺陷，其中有裂纹的链环必须从整个链条中取掉而重新制作，这将大幅度地增加能耗，降低制备效率。另外在焊接过程中，焊缝处主要元素如C、Si,Mn等的烧损和堆积，会降低焊缝处的力学性能。因此通过成分的优化设计和冶炼过程的精确控制，降低钢种的热处理敏感性，提高焊口部分的力学性能，保证大直径棒材(直径为70~160mm)的淬透性是本钢种设计和制备的关键。由于链条长期浸泡在海水中，因此要求系泊链用钢不仅有较高的强度和韧性配合，而且还要求具有耐海水腐蚀、抗疲劳耐磨等性能。目前国内所制备的船用三级锚链钢已远远不能满足以上海洋系泊链性能要求。因此，海洋系泊链用钢的研究和制备显 得尤为重要和迫切。
[0003]在本发明之前，申请号为00109053.4的中国专利，公开了一种高强度、高韧性、耐腐蚀的系泊链用钢及其制备工艺，该钢含有(重量%)c:0.25-0.33%、S1:0.15-0.30%、Mn:1.45-1.75%、Cr:0.90-1.40%、N1:1.00-1.20%、Mo:0.45-0.65%、Nb:0.02-0.06%、Al:0.020-0.05%、残余及有害元素 P ≤ 0.020%、S ≤ 0.015%、Cu ≤ 0.20%、Sn≤0.03%、Sb ≤ 0.01%,As ≤0.04%,B ≤ 0.005%,N ≤ 0.009%,O ≤ 0.0020%,H ≤ 0.0002%，其余为 Fe,同时其碳当量必须大于1.40。该钢采用EAF+LF+VD+CCM工艺制备，可用于半潜式钻井平台、单点系泊结构和浮式制备储油轮以及其它海洋开发设施的R4级系泊链，亦可用于一些要求较高的船舶锚链。但实践证明该技术存在以下几个问题:碳当量较高，影响焊接性能；电炉制备相对于转炉成本较高；合金成分总体设置较高，导致材料的组织在交货的时候需进行退火处理，否则材料在放置过程中出现组织转变，产生组织应力，导致材料出现内部裂纹。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种高强度、高韧性、低成本、耐腐蚀的R4级系泊链用钢及其制备方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明的R4级系泊链用钢，其化学成分按重量百分比计为:C: 0.15 ~0.24%、S1: 0.15 ~0.30%、Mn: 1.2 ~1.60%,P ( 0.025%、S ( 0.025%,Cu ( 0.02%、Cr:0.8 ~1.3%、N1:0.70 ~1.30%、Mo:0.2 ~0.50%、Al:0.02 ~0.05%、As ≤ 0.0050%、Sb ≤ 0.0050%、Sn ≤ 0.0050%、N ≤ 0.0050%、O ≤ 0.0020%、H ≤ 0.0020%，其余为 Fe 和不可
避免的杂质。
[0006]进一步地，所述R4级系泊链用钢的化学成分重量百分比含量根据系泊链用钢的直径不同不同分为如下两种:
[0007]70mm ≤直径≤ 120mm 时含量为:C:0.15 ~0.20%、S1:0.15 ~0.25%、Mn: 1.2 ~
1.40%,P ≤ 0.025%,S ≤ 0.025%,Cu ≤ 0.02%,Cr:0.8 ~1.l%、N1:0.70 ~1.10%、Mo:0.2 ~
0.50%、Al: 0.02 ~0.05%、As ≤ 0.0050%、Sb ≤ 0.0050%、Sn ≤ 0.0050%、N ≤ 0.0050%、O ≤ 0.0020%、H^0.0020% ；
[0008]120mm <直径≤ 160mm 时含量为:C:0.20 ~0.24%、S1:0.20 ~0.30%、Mn: 1.35 ~
1.60%、P ≤ 0.025%、S ≤ 0.025%、Cu ≤ 0.02%、Cr: 1.0 ~1.3%、N1: 1.0 ~1.30%、Mo:0.2 ~0.50%、Al: 0.02 ~0.05%、As ≤ 0.0050%、Sb ≤ 0.0050%、Sn ≤ 0.0050%、N ≤ 0.0050%、0^ 0.0020%、H^0.0020%。
[0009]本发明所述R4级系泊链用钢的制备方法，包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、LF炉精炼、RH炉真空处理、连铸、方坯加热、轧制、空冷、无损探伤的步骤，其中:
[0010]铁水脱硫时，采用喷镁粉脱硫工艺，控制出站铁水硫含量S ≤ 0.010%，罐内脱硫渣要扒干净；
[0011]转炉冶炼时，出钢温度为1680~1700°C ;出钢时间3~9min ;挡渣出钢，出钢1/5~1/3时，随钢流按照吨钢加入16~21kg硅锰铁、2.5~4.5kg碳化硅合金进行脱氧，然后按照吨钢加入18~25kg铬铁、10~18kg镍铁、4~8kg钥铁和2~3kg碳粉；钢水出至3/4时加入全部合金和增碳剂；
[0012]吹氩2~5min后，按吨钢加入3~5m的铝线，用于进一步脱氧；
[0013]LF炉精炼时，控制输入氩气压力为0.5~0.6MPa，氩气流量为7.0~10.0NmVmin,加热时间10~20min，然后按吨钢喂入5~10米S1-Ca线；大包底吹氮时间30~50min ；
[0014]方坯加热时，控制均热段温度为1200~1300°C，加热时间100~120min ；
[0015]轧制时，开轧温度为1050~1150°C，终轧温度950~1050°C，再上冷床空冷。
[0016]优选地，所述转炉冶炼时，废钢装入量占总装入量的10~15%;转炉采用顶-底复合吹炼，终点采用高拉补吹工艺；终渣碱度目标为2.8~3.8 ;转炉终点C控制重量百分比目标 0.07 ~0.09%ο
[0017]进一步地，所述RH炉真空处理时，脱气时间控制为30~45min，并且保持真空度在60Pa以下脱气时间大于15min ;这样能保证充足的脱气时间,特别是在低的真空度下,更能把有害气体元素O、H、N降得足够低，同时使夹杂物减少。
[0018]再进一步地，所述连铸时，采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣；中包钢水温度为1530~1545°C ；铸坯拉速应与钢水温度匹配，拉速控制目标0.6~0.7m/min，铸坯矫直温度> 950°C，铸坯采用自然堆垛空冷，严禁向铸坯表面浇水。
[0019]利用涡流探伤机对棒材表面及内部质量进行在线无损探伤。
[0020]本发明的R4级系泊链用钢组分的限定以及其制备方法过程中各工艺参数限定的原理如下:[0021]与现有技术相比，本发明是在不降低材料综合性能的情况下，通过优化成分设计，降低C含量以及其他影响碳当量的元素，从而使焊接性能提高；通过优化成分，使总体合金成分降低，避免材料在放置过程中发生组织转变。制备时，严格控制其工艺参数，如控制终渣碱度目标，有利于减少钢水中夹杂物量；转炉终点C含量控制在0.07~0.09%,能有效控制较低O含量，有利于提高合金收得率；RH炉真空处理时，保持炉内真空度在60Pa以下脱气时间大于15min，有利于充分脱去有害气体，提高钢产品的冲韧性和焊接性能。同时，本发明的制备过程减少退火工序，以及通过优化制备工艺，用转炉代替电炉，降低制备成本。本发明的制备方法工艺简单、能耗较低、适合现有工业装备水平的制备技术。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是R4级系泊链热轧态显微组织结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图和具体实施例对本发明的R4级系泊链用钢及其制备方法作进一步详细说明。[0024]实施例1
[0025]制备一种直径为120mm的R4级系泊链用钢，钢水化学成分按重量百分含量计为:C:0.165%、S1:0.193%、Mn:1.29%、P:0.020%、S:0.015%、Cu:0.02%、Cr:0.95%、N1:0.87%、Mo:0.33%、Al:0.037%、As:0.0040%、Sb:0.0035%、Sn:0.0028%、N:0.0032%、O:0.0016%、H:0.0013% ；
[0026]其制备方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、LF炉精炼、RH炉真空处理、连铸、方坯加热、轧制、空冷、无损探伤的步骤，其中:
[0027]铁水脱硫时，采用喷镁粉脱硫工艺，控制出站铁水硫含量S为0.010%，罐内脱硫渣要扒干净；
[0028]转炉冶炼时，废钢装入量占总装入量的10%;转炉采用顶-底复合吹炼，终点采用高拉补吹工艺，点吹次数2次；终渣碱度目标为2.88 ;转炉终点C控制重量百分比目标0.07% ;出钢温度为16950C ;出钢时间3min ;挡渣出钢，钢包渣层厚度50mm ;出钢1/4时，随钢流按照吨钢加入18.5kg硅锰铁、2.5kg碳化硅合金进行脱氧，然后按照吨钢加入19kg铬铁、11.5kg镍铁、4.5kg钥铁和2.3kg碳粉；钢水出至3/4时加入全部合金和增碳剂；
[0029]吹氩3min后，按吨钢加入3m的铝线，用于进一步脱氧；
[0030]LF炉精炼时，控制输入氩气压力为0.5MPa，氩气流量为7.0NmVmin,加热时间lOmin，然后按吨钢喂入5米S1-Ca线，并进行成分微调、测温、取样；大包底吹氮时间35min ；
[0031]RH炉真空处理时，脱气时间控制为45min，并且保持真空度在60Pa以下脱气时间15min ;这样能保证充足的脱气时间，特别是在低的真空度下，更能把有害气体元素O、H、N降得足够低，同时使夹杂物减少；
[0032]连铸时，采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣；中包钢水温度为1535°C;铸坯拉速应与钢水温度匹配，拉速控制目标0.7m/min，铸坯矫直温度953°C;铸坯冷却采用自然堆垛空冷，严禁向铸坯表面浇水；
[0033]方坯加热时，控制均热段温度为1200°C，加热时间lOOmin，不得过热、过烧；
[0034]轧制时，开轧温度为1050°C，终轧温度950°C，再上冷床空冷，严禁对终轧后的淋水；
[0035]利用涡流探伤机对棒材表面及内部质量进行在线无损探伤。对无缺陷的钢材进行调质处理(900°C水淬火，回火585°C )后,进行性能检测,检测结果如表1所示:
[0036]表1
[0037]
【权利要求】
1.一种R4级系泊链用钢，其特征在于:它的化学成分按重量百分比计为:C:0.15~0.24%,S1:0.15 ~0.30%、Mn: 1.2 ~1.60%,P ≤ 0.025%,S ≤ 0.025%,Cu ≤ 0.02%,Cr:0.8 ~1.3%、Ni:0.70 ~1.30%、Μο:0.2 ~0.50%、Α1:0.02 ~0.05%、As ≤ 0.0050%、Sb ≤ 0.0050%、Sn ≤ 0.0050%、N < 0.0050%、O < 0.0020%、H < 0.0020%，其余为 Fe 和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的R4级系泊链用钢:其特征在于:它的化学成分重量百分比含量根据系泊链用钢的直径不同分为如下两种:
70mm ≤直径≤ 120mm 时含量为，C:0.15 ~0.20%、Si:0.15 ~0.25%、Mn:1.2 ~1.40%、P ≤ 0.025%,S ≤ 0.025%,Cu ≤ 0.02%,Cr:0.8 ~1.l%、N1:0.70 ~1.10%、Mo:0.2 ~0.50%、Al:0.02 ~0.05%、As ≤ 0.0050%,Sb ≤ 0.0050%,Sn ≤ 0.0050%,N ≤ 0.0050%,O ≤ 0.0020%、H ≤ 0.0020% ； 120mm < 直径≤ 160mm 时含量为，C:0.20 ~0.24%、Si:0.20 ~0.30%、Mn:1.35 ~1.60%、P ≤ 0.025%、S ≤ 0.025%、Cu ≤ 0.02%、Cr:L O ~L 3%、N1:L O ~L 30%、Mo:0.2 ~0.50%、Al:0.02 ~0.05%、As ≤ 0.0050%、Sb ≤ 0.0050%、Sn ≤ 0.0050%、N ≤ 0.0050%、0^ 0.0020%、H^0.0020%。
3.—种R4级系泊链用钢的制备方法，包括铁水脱硫、转炉冶炼、吹氩、LF炉精炼、RH炉真空处理、连铸、方坯加热、轧制、空冷、无损探伤的步骤，其特征在于: 所述铁水脱硫时，控制出站铁水硫重量百分含量SS0.010% ； 所述转炉冶炼时，出钢温度为1680~1700°C;出钢时间3~9min ;出钢1/5~1/3时，随钢流按照吨钢加入16~21kg硅锰铁、2.5~4.5kg碳化硅合金进行脱氧，然后按照吨钢加入18~25kg铬铁、10~18kg镍铁、4~8kg钥铁和2~3kg碳粉；钢水出至3/4时加入全部合金和增碳剂； 所述吹IS 2~5min后,按吨钢加入3~5m的招线； 所述LF炉精炼时，控制输入氩气压力为0.5~0.6MPa，氩气流量为7.0~10.0Nm3/min，加热时间为10~20min，然后按吨钢喂入5~10米S1-Ca线；大包底吹氩时间为30~50min ； 所述方坯加热时，控制均热段温度为1200~1300°C，加热时间100~120min ； 所述轧制时，开轧温度为1050~1150°C，终轧温度950~1050°C，再上冷床空冷。
4.根据权利要求3所述的R4级系泊链用钢的制备方法，其特征在于:所述转炉冶炼时，废钢装入量占总装入量的10~15% ;终渣碱度目标为2.8~3.8 ;转炉终点C重量百分比为 0.07 ~0.09%ο
5.根据权利要求3或4所述的R4级系泊链用钢的制备方法，其特征在于:所述RH炉真空处理时，脱气时间为30~45min，并且保持炉内真空度在60Pa以下脱气时间大于15min。
6.根据权利要求3或4所述的R4级系泊链用钢的制备方法，其特征在于:所述连铸时，中包采用碱性保护渣，结晶器采用低碳钢保护渣；中包钢水温度为1530~1545°C ;铸坯拉速控制在0.6~0.7m/min，铸坯矫直温度≤950°C，铸坯采用自然堆垛空冷。
7.根据权利要求5所述的R4级系泊链用钢的制备方法，其特征在于:所述连铸时，中包采用碱性保护渣，结晶器采用低碳钢保护渣；中包钢水温度为1530~1545°C ;铸坯拉速控制在0.6~0.7m/min，铸坯矫直温度> 950°C，铸坯采用自然堆垛空冷。
【文档编号】C22C38/58GK103882346SQ201410139340
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】徐志东, 周新龙, 龙莉, 范植金, 吴杰, 徐志, 李婷, 张帆 申请人:武汉钢铁(集团)公司