高強(qiáng)度R6系泊鏈附件熱處理敏感性研究

張 明，張衛(wèi)新，李 劍，邵云亮

(江蘇亞星錨鏈股份有限公司，江蘇 靖江 214533)

隨著海洋資源開(kāi)發(fā)向深水進(jìn)軍和服役環(huán)境日益復(fù)雜化、極端化，現(xiàn)有系泊鏈附件產(chǎn)品性能已接近極限，需開(kāi)發(fā)更高性能的系泊鏈附件。目前系泊鏈按機(jī)械性能可分為R3、R3S、R4、R4S、R5等幾個(gè)等級(jí)。此外，極地開(kāi)發(fā)、綠色航運(yùn)和海上風(fēng)電等新技術(shù)發(fā)展也對(duì)系泊鏈提出了更高的要求。挪威船級(jí)社DNV規(guī)范要求R6級(jí)系泊鏈應(yīng)具有更高的強(qiáng)度和韌性，其屈服強(qiáng)度≥900 MPa，抗拉強(qiáng)度≥1100 MPa， -20 ℃沖擊功≥58 J，延伸率≥12%，斷面收縮率≥50%[1]。熱處理是影響系泊鏈力學(xué)性能的關(guān)鍵技術(shù)，為了滿足R6級(jí)系泊鏈附件更高等級(jí)和性能要求，有必要對(duì)R6級(jí)系泊鏈附件進(jìn)行熱處理敏感性和回火脆性進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)材料和方法

R6系泊鏈附件用鋼的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為： 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,其余為Fe。通過(guò)計(jì)算R6系泊鏈鋼的Ac3為835 ℃。

1.1 熱處理敏感性試驗(yàn)

鍛造的R6級(jí)系泊鏈附件按船級(jí)社規(guī)范要求進(jìn)行7種熱處理敏感性試驗(yàn)，其熱處理工藝見(jiàn)表1。在天然氣臺(tái)車(chē)爐中進(jìn)行淬火+高溫回火的調(diào)質(zhì)處理，附件試樣按不同的工藝熱處理后，在產(chǎn)品1/3半徑位置取樣，按《GB/T 228.1—2010金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》和《GB/T 229—2007 金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣7支和夏比沖擊試樣7組，每組各3支，然后，分別進(jìn)行各項(xiàng)力學(xué)試驗(yàn)。

表1 R6系泊附件熱處理工藝

1.2 回火脆性試驗(yàn)

鍛造R6級(jí)系泊鏈附件按船級(jí)社規(guī)范要求的進(jìn)行回火脆性試驗(yàn)。一般來(lái)說(shuō)，隨著回火溫度升高，淬火鋼回火后的沖擊韌度會(huì)連續(xù)提高。但是，部分合金結(jié)構(gòu)鋼(如Cr鋼、Cr-Mn鋼、Si-Mn鋼和Cr-Ni鋼等)在480～680 ℃溫度范圍內(nèi)回火后緩冷時(shí)，沖擊功也會(huì)明顯下降，這種現(xiàn)象稱為第二類(lèi)回火脆性。因此，按照船級(jí)社規(guī)范要求采用兩種工藝進(jìn)行熱處理，對(duì)沖擊功進(jìn)行對(duì)比分析。工藝1：Ac3+60 ℃淬火保溫30 min，590 ℃回火保溫60 min，入水快速冷卻；工藝2：Ac3+60 ℃淬火保溫30 min，590 ℃回火保溫60 min，隨爐慢冷40 min到300 ℃出爐空冷[2]。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 熱處理敏感性

R6級(jí)系泊鏈附件熱處理敏感性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 試樣力學(xué)性能結(jié)果

2.2 回火脆性試驗(yàn)結(jié)果

R6級(jí)系泊鏈附件采用回火后入水快冷工藝，試樣的沖擊功分別為153、150、156 J；采用回火后隨爐慢冷40 min到300 ℃出爐空冷工藝，試樣的沖擊功分別為122、129、135 J。

2.3 結(jié)果分析

對(duì)比1#、2#、3#試樣，可以看出在相同的淬火保溫時(shí)間、回火溫度和保溫時(shí)間下，隨著淬火溫度升高，試樣強(qiáng)度也逐漸提高，但韌性略微下降。對(duì)比4#和5#試樣，可以發(fā)現(xiàn)回火溫度對(duì)試樣性能影響較大。其中，4#試樣的回火溫度低，強(qiáng)度高；5#試樣回火溫度高，強(qiáng)度低。此外，對(duì)比4#和6#試樣，可以看到回火保溫時(shí)間對(duì)強(qiáng)度影響不大，但是回火時(shí)間越長(zhǎng)越有利于提高韌性。

R6系泊鏈附件經(jīng)7種熱處理敏感性試驗(yàn)后，力學(xué)性能存在一定的差異，但均符合船級(jí)社規(guī)范要求，這說(shuō)明R6系泊鏈附件的熱處理敏感性不高[3]。

采用回火后隨爐慢冷40 min到300 ℃出爐空冷工藝，R6級(jí)系泊鏈附件的沖擊功比采用入水快冷工藝工藝的沖擊功有所下降，但遠(yuǎn)高于船級(jí)社規(guī)范沖擊功≥58 J的要求。第二類(lèi)回火脆性產(chǎn)生的原因主要是由于Cr、Mn等元素和雜質(zhì)元素聚集在晶界上，從而減弱了晶界上原子間的結(jié)合力而引起的[4]。由于R6系泊鏈鋼的雜質(zhì)較少，鋼材純度很高，加入適量的Mo、W等有益元素，可以抑制雜質(zhì)元素向晶界的偏聚，而且自身也不偏聚[5]。因此，R6系泊鏈附件經(jīng)淬火+高溫回火緩慢冷卻后沖擊功與快速冷卻后相比無(wú)明顯下降。

3 結(jié)論

R6系泊鏈附件經(jīng)不同工藝熱處理后均獲得理想的綜合力學(xué)性能，調(diào)質(zhì)R6系泊鏈附件對(duì)熱處理敏感性不高；R6系泊鏈附件經(jīng)淬火+高溫回火后，緩慢冷卻后沖擊功與快速冷卻后沖擊功相比無(wú)明顯下降，能進(jìn)行批量工業(yè)生產(chǎn)。