高强度R6系泊链附件热处理敏感性研究

2020-06-28张卫新邵云亮

热处理技术与装备 2020年3期

张明，张卫新，李剑，邵云亮

(江苏亚星锚链股份有限公司，江苏靖江 214533)

随着海洋资源开发向深水进军和服役环境日益复杂化、极端化，现有系泊链附件产品性能已接近极限，需开发更高性能的系泊链附件。目前系泊链按机械性能可分为R3、R3S、R4、R4S、R5等几个等级。此外，极地开发、绿色航运和海上风电等新技术发展也对系泊链提出了更高的要求。挪威船级社DNV规范要求R6级系泊链应具有更高的强度和韧性，其屈服强度≥900 MPa，抗拉强度≥1100 MPa， -20 ℃冲击功≥58 J，延伸率≥12%，断面收缩率≥50%[1]。热处理是影响系泊链力学性能的关键技术，为了满足R6级系泊链附件更高等级和性能要求，有必要对R6级系泊链附件进行热处理敏感性和回火脆性进行研究。

1 试验材料和方法

R6系泊链附件用钢的主要化学成分(质量分数，%)为： 0.16%～0.27% C， 0.28%～1.30% Mn，0.16%～0.50%Si，1.3%～2.55%Cr，0.3%～1.35%Ni，0.25%～0.65%Mo，0～0.60%Cu，0.02%～0.05%Al，0～0.015%S，0～0.025%P,其余为Fe。通过计算R6系泊链钢的Ac3为835 ℃。

1.1 热处理敏感性试验

锻造的R6级系泊链附件按船级社规范要求进行7种热处理敏感性试验，其热处理工艺见表1。在天然气台车炉中进行淬火+高温回火的调质处理，附件试样按不同的工艺热处理后，在产品1/3半径位置取样，按《GB/T 228.1—2010金属材料室温拉伸试验方法》和《GB/T 229—2007 金属材料夏比摆锤冲击试验方法》加工成标准拉伸试样7支和夏比冲击试样7组，每组各3支，然后，分别进行各项力学试验。

表1 R6系泊附件热处理工艺

1.2 回火脆性试验

锻造R6级系泊链附件按船级社规范要求的进行回火脆性试验。一般来说，随着回火温度升高，淬火钢回火后的冲击韧度会连续提高。但是，部分合金结构钢(如Cr钢、Cr-Mn钢、Si-Mn钢和Cr-Ni钢等)在480～680 ℃温度范围内回火后缓冷时，冲击功也会明显下降，这种现象称为第二类回火脆性。因此，按照船级社规范要求采用两种工艺进行热处理，对冲击功进行对比分析。工艺1：Ac3+60 ℃淬火保温30 min，590 ℃回火保温60 min，入水快速冷却；工艺2：Ac3+60 ℃淬火保温30 min，590 ℃回火保温60 min，随炉慢冷40 min到300 ℃出炉空冷[2]。

2 试验结果和分析

2.1 热处理敏感性

R6级系泊链附件热处理敏感性试验结果见表2。

表2 试样力学性能结果

2.2 回火脆性试验结果

R6级系泊链附件采用回火后入水快冷工艺，试样的冲击功分别为153、150、156 J；采用回火后随炉慢冷40 min到300 ℃出炉空冷工艺，试样的冲击功分别为122、129、135 J。

2.3 结果分析

对比1#、2#、3#试样，可以看出在相同的淬火保温时间、回火温度和保温时间下，随着淬火温度升高，试样强度也逐渐提高，但韧性略微下降。对比4#和5#试样，可以发现回火温度对试样性能影响较大。其中，4#试样的回火温度低，强度高；5#试样回火温度高，强度低。此外，对比4#和6#试样，可以看到回火保温时间对强度影响不大，但是回火时间越长越有利于提高韧性。

R6系泊链附件经7种热处理敏感性试验后，力学性能存在一定的差异，但均符合船级社规范要求，这说明R6系泊链附件的热处理敏感性不高[3]。

采用回火后随炉慢冷40 min到300 ℃出炉空冷工艺，R6级系泊链附件的冲击功比采用入水快冷工艺工艺的冲击功有所下降，但远高于船级社规范冲击功≥58 J的要求。第二类回火脆性产生的原因主要是由于Cr、Mn等元素和杂质元素聚集在晶界上，从而减弱了晶界上原子间的结合力而引起的[4]。由于R6系泊链钢的杂质较少，钢材纯度很高，加入适量的Mo、W等有益元素，可以抑制杂质元素向晶界的偏聚，而且自身也不偏聚[5]。因此，R6系泊链附件经淬火+高温回火缓慢冷却后冲击功与快速冷却后相比无明显下降。